desenvolvimento de objetos simuladores para medicina nuclear · 2.4 utilização de radionuclídeos...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA
NÚCLEO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA
TESE DE DOUTORADO
DESENVOLVIMENTO DE OBJETOS SIMULADORESPARA MEDICINA NUCLEAR
Por
FERNANDA CARLA LIMA FERREIRA
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECidade Universitária “Prof. José Aloísio de Campos”
São Cristóvão – SE – Brasil-2011-
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
DESENVOLVIMENTO DE OBJETOS SIMULADORESPARA MEDICINA NUCLEAR
Fernanda Carla Lima Ferreira
Tese de Doutorado apresentada ao
Núcleo de Pós-Graduação em Física da
Universidade Federal de Sergipe para
obtenção do título de Doutor em Física.
Orientadora:
Prof. Dra. Divanízia do N. Souza
São Cristóvão-SE2011
“O nascimento do pensamento é igual ao nascimento de uma
criança: tudo começa com um ato de amor. Uma semente há de ser
depositada no ventre vazio. E a semente do pensamento é o sonho.
Por isso os educadores, antes de serem especialistas em
ferramentas do saber, deveriam ser especialistas em amor,
intérpretes de sonhos”(Rubem Alves)
Dedico este trabalho aosmeus pais, José e Edite;
aos meus irmãos Edigley,Kellyton, Natalia e Brena;
aos meus sobrinhosFernando, Luana, Kauer e
Natilly.
AGRADECIMENTOS
A Deus por tudo na minha vida, sem Ele nada sou.
À Dra. Divanízia do Nascimento Souza, pela orientação prestada, pela
atenção e apoio dispensado, e pela confiança depositada durante toda a realização
deste trabalho.
Aos médicos, João Macedo, Nilza Macedo e Sara Macedo, pelo apoio a
pesquisa em toda a realização deste trabalho, agradeço de todo coração aos
membros da Climedi.
Aos colegas da Climedi e Cemise; Cajueiro, Zelia, Neide, Aline, Karla
Carvalho, Artur e Donald, pelas valiosas sugestões durante a realização deste
trabalho.
Ao MSc. Clêdison de Jesus Cunha, pela prontidão em cooperar com a
execução desta pesquisa.
A Dr. Renato Dimenstein, Solange e Marcela pela atenção e realização dos
testes deste trabalho no Hospital Albert Einstein, em São Paulo.
À Aline Furlan, pelo apoio durante a realização dos testes deste trabalho no
Instituto de Medicina Nuclear em Fortaleza.
Aos professores do Departamento de Física/UFS, em especial à Laélia,
Márcia, Marcelo, Fred e Albérico, pelo o auxílio em alguns pontos deste trabalho.
A todos os amigos da UFS, que estiveram dispostos a ajudar no que fosse
preciso, em especial aos MSc Cinthia Paschoal, José Elisandro, Jeanderson Melo,
Leandro Cardoso, Raquel Aline, Denise, Tâmara, Jonas e Nilson, que fizeram com
que a sala que dividíamos fosse sempre um local muito convidativo para se
trabalhar.
Aos técnicos Clifson Rolemberg, Àlvaro, Cláudinha e André, pelo apoio
administrativo.
À Dra Tânia M. A. Rodrigues pelo apoio à pesquisa realizada neste trabalho.
Ao MSc. Marcos Alexandre Dullius, pela agradável e constante companhia na
execução deste trabalho.
À MSc. Marcilene de Jesus Caldas Costa, pelas sugestões ao trabalho e
companhia.
À Kátia Américo, Teresa Pinto, Lúcia Ferreira, Edivan Pereira, Rodrigo
Gester, Oneclark Ramos, Salim e Bethânia, pela amizade e apoio remoto prestado.
Aos meus pais, irmãos e cunhadas José, Edite, Edigley, Kellyton, Natalia,
Brena, Marly e Lucilene, que sempre acreditaram no meu trabalho e que nas horas
difíceis foram um suporte através do amor e carinho dispensados a mim.
Aos meus sobrinhos Fernando, Luana, Kauer e Natilly, pela agradável e
constante companhia.
Aos meus amigos Flávia Araujo, Luciana Araujo, Alisson Hora, João Paulo,
Rodrigo, Anderson Marçal, Wanessa Zanini, Vanilza Decidido, Wellyton Kafer, Eliene
Kafer, Cristiane, Nelma Carvalho, Patrícia Oliveira, Conceição Fragoso, Joelan
Santos e Almeida Neto pela agradável e constante companhia.
Aos colegas do Departamento de Energia Nuclear da Universidade Federal
de Pernambuco (DEN-UFPE) pelo apoio durante os testes deste trabalho.
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES),
pelo apoio financeiro.
i
DESENVOLVIMENTO DE OBJETOS SIMULADORES PARAMEDICINA NUCLEAR
Fernanda Carla Lima Ferreira
RESUMO
Os objetos simuladores utilizados no Brasil são, em sua maioria, importados e
de custo financeiro relativamente elevado. Embora esses objetos possam ser
considerados essenciais para o uso em controle de qualidade, os custos financeiros
elevados e a burocracia da importação, provavelmente, são empecilhos para a
aquisição deles por parte dos serviços de medicina nuclear. O objetivo central deste
trabalho foi o desenvolvimento de objetos simuladores nacionais para uso em
controle de qualidade de câmaras de cintilação utilizadas em medicina nuclear e em
treinamento de profissionais da área. Inicialmente, buscou-se conhecer o interesse
de físicos médicos e supervisores de radioproteção em adquirir objetos simuladores
e deu-se início à construção de três tipos distintos de objetos simuladores físicos: o
SENCOR, para avaliação de sensibilidade e centro de rotação; o SIMUFÍGADO, que
é um simulador de fígado; e ANTROFÍGADO, que é um objeto simulador
antropomórfico de fígado em três versões. Além desses, elaborou-se um objeto
simulador computacional de fígado baseado num simulador físico usando o Visual
Monte Carlo. Pôde-se concluir, a partir da consulta aos profissionais que há
motivação para o compartilhamento e aquisição de objetos simuladores nacionais.
Nos resultados da caracterização dos materiais empregados para preparação dos
objetos simuladores, observou-se que tais materiais são adequados para a
construção dos objetos, observando-se apenas uma alteração na coloração dos
acrílicos irradiados com doses acima de 10 kGy. Por meio de análises das imagens
dos objetos simuladores físicos não antropomórficos é possível o estudo de
parâmetros como sensibilidade das câmaras de cintilação, centro de rotação,
tamanho de matriz de pixels, janela energética, densidade de contagem e geometria
ii
de órgãos. Por meio das imagens adquiridas dos ANTROFÍGADO em sistemas de
SPECT e PET/CT pode-se simular a geometria do fígado sadio e com cirrose
hepática, servindo tais imagens para análises diagnósticas simuladas de localização
e avaliação da morfologia e das anomalias do fígado. Mesmo que processos
industriais para produção dos objetos simuladores aqui propostos representem um
acréscimo significativo nos custo final desses objetos, é correto afirmar que é
possível reproduzir muitos exemplares desses objetos simuladores seguindo a
mesma metodologia empregada na confecção desses protótipos.
iii
DEVELOPMENT OF PHANTOMS FOR NUCLEAR MEDICINE
Fernanda Carla Lima Ferreira
ABSTRACT
The phantoms used in Brazil are mostly imported and have relatively high
financial cost. Although these phantoms can be considered as essentials for use
in quality control, probably high quotas and import bureaucracy are obstacles to their
acquisition by the nuclear medicine departments. The main objective of this work was
the development of national phantoms for use in quality control of scintillation
cameras used in nuclear medicine and for training professional personnel. Initially,
we sought to know the interest of medical physicists and radiation protection
supervisors in the acquisition of phantoms. After that, it was initiated the construction
of three distinct types of physical phantoms, the SENCOR, to evaluate the sensitivity
and the center of rotation; the SIMUFÍGADO, which is a liver phantom; and the
ANTROFÍGADO, which is an anthropomorphic liver phantom in three versions.
Besides these, we set up a computational phantom liver based on a physical
phantom using Visual Monte Carlo. The conclusion obtained from inquiring
professionals is that there is motivation for sharing and acquiring of national
phantoms. The results obtained from characterization of materials used in the
development of the phantoms should that such materials are suitable for the
construction of such objects, observing only a change in color of acrylics irradiated
with doses above 10 kGy. Through analysis of images of non anthropomorphic
phantoms it is possible to study several parameters, such as sensitivity of the
scintillation cameras, center of rotation, matrix size of pixels, the energy window,
counting density and organs geometry. The images obtained from ANTROFÍGADO in
SPECT and PET/CT systems can be useful to simulate the geometry of the healthy
liver and cirrhotic liver, serving this object to the study of simulations of diagnostic
analysis of location and evaluation of morphology and anomalies in the liver. Even
iv
though industrial processes for production of phantoms proposed here represent a
significant increase in the final cost of these objects, it can be said that it is possible
to reproduce many copies of these objects using the same methodology employed in
the manufacture of the prototypes here studied.
v
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO......................................................................................... 1
1.1 Objetivos do Trabalho...................................................................... 8
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA............................................................... 10
2.1 Interação da Radiação Eletromagnética Ionizante com a Matéria 10
2.2 Decaimentos Radioativos................................................................. 12
2.3 Grandezas Radiológicas.................................................................. 13
2.3.1 Atividade, A........................................................................... 14
2.3.2 Dose absorvida, D................................................................. 14
2.4 Utilização de Radionuclídeos e Radiofármacos na Medicina
Nuclear............................................................................................. 14
2.5 Controle de Qualidade de Câmara de Cintilação............................. 16
2.5.1 Controle de Qualidade em Medicina Nuclear....................... 19
2.5.2 Tomografia por Emissão de Pósitron (PET)......................... 22
2.5.2.1 Detector de coincidência........................................ 22
2.5.2.2 Resolução espacial................................................ 23
2.6 Cintilografia do Fígado..................................................................... 24
2.7 Espectrocospia Raman.................................................................... 25
2.8 Visual Monte Carlo (VMC)................................................................ 26
2.8.1 Dose Absorvida no Medical Internal Radiation Dose
(MIRD)................................................................................... 26
3 MATERIAIS E MÉTODOS........................................................................ 28
3.1 Avaliação da Aceitabilidade de um Futuro Banco de Objetos
Simuladores...................................................................................... 28
3.2 Sistemas de Aquisição de Imagem.................................................. 29
3.3 Materiais Utilizados na Confecção dos Objetos Simuladores......... 30
3.3.1 Testes com os Materiais Utilizados na Confecção dos
Objetos Simuladores............................................................. 32
3.4 Testes de Controle de Qualidade das Câmaras de Cintilação 33
3.4.1 Teste de Uniformidade de Campo........................................ 33
3.4.2 Teste de Resolução Espacial Tomográfica......................... 34
vi
3.4.3 Teste do Centro de Rotação................................................ 34
3.4.4 Teste de Sensibilidade.................................................. ....... 36
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO............................................................... 37
4.1 Avaliação da Aceitabilidade de um Futuro Banco de Objetos
Simuladores para Uso em Medicina Nuclear................................... 37
4.2 Caracterização dos Acrílicos............................................................ 42
4.3 Construção dos Objetos Simuladores.............................................. 47
4.3.1 Objeto Simulador de Sensibilidade e Centro de Rotação
(SENCOR)............................................................................ 47
4.3.2 Objeto Simulador de Fígado (SIMUFÍGADO)....................... 48
4.3.2.1 Modelagem e simulação do SIMUFIGADO
Usando o Visual Monte Carlo................................. 50
4.3.3 Objeto Simulador Antropomórfico de Fígado
(ANTROFIGADO).................................................................. 54
4.4 Teste de Controle de Qualidade das Câmaras de Cintilação
Utilizando os Objetos Simuladores................................................... 57
4.4.1 Teste de Uniformidade de Campo........................................ 57
4.4.2 Teste de Resolução Espacial Tomográfica......................... 61
4.4.3 Teste de Centro de Rotação................................................. 62
4.4.4 Teste de Sensibilidade.......................................................... 63
4.5 Teste de Validação do Objeto Simulador SIMUFIGADO para
Treinamento de Profissionais de Medicina Nuclear......................... 65
4.6 Teste de Validação do Objeto Simulador SIMUFIGADO para
Treinamento de Profissionais de Medicina Nuclear......................... 72
5 CONCLUSÕES......................................................................................... 78
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................ 81
APÊNDICE............................................................................................... 89
1
1 INTRODUÇÃO
Nos últimos anos, o avanço da tecnologia tem possibilitado o uso cada vez
mais expressivo das radiações ionizantes nas áreas da medicina, indústria, pesquisa
e nas atividades nucleares relativas à produção de energia. Na medicina, a radiação
ionizante é utilizada para o diagnóstico e terapia, principalmente. Na indústria, é
utilizada no controle de qualidade de peças, na cura de tintas, na esterilização de
materiais etc. O uso da radiação ionizante representou passos importantes para o
desenvolvimento de equipamentos de detecção e medição que servem para
levantamento radiométrico, dosimetria em diagnóstico, tais como medidores de
contaminação de superfície, medidores de atividade, entre outros (BESSA, 2007;
MENDES et al., 2004; IAEA, 2009a).
A medicina nuclear é a especialidade médica que emprega radioisótopos
puros associados ou não a fármacos, tanto para o diagnóstico como para a terapia.
Em um exame in vivo de medicina nuclear um radiofármaco é administrado ao
paciente; em seguida, um instrumento de aquisição de imagens detecta a radiação,
possibilitando o estudo da funcionalidade de um órgão ou a detecção precoce de
tumores; esse tipo de exame é comumente conhecido como mapeamento (TNAP,
2007). Para o diagnóstico in vitro, é coletado material, normalmente um pouco de
sangue, ou fezes e urina, e se verifica a reação de contraste radioativo com as
células neoplásicas e outras anomalias (SHARP et al., 2005). Em terapia, são
administrados radiofármacos ao paciente, para o tratamento de anomalias na
tireóide e metástases ósseas, por exemplo.
Assim, na medicina nuclear a manipulação de materiais radioativos ocorre de
maneira rotineira. Essa manipulação é necessária no preparo dos radioisótopos para
administração em pacientes que serão submetidos a exames em câmara de
cintilação, para a terapia, para as análises in vitro e também nos procedimentos de
controle de qualidade dos sistemas de aquisição de imagens (CUNHA, 2006).
Para assegurar o controle de qualidade das câmaras de cintilação se faz
necessário utilizar alguns objetos simuladores, que também são denominados de
fantomas ou simplesmente phantoms. Por exemplo, a norma da CNEN-NN-3.05
(CNEN, 1996) e as publicações da IAEA (IAEA, 1991; 2006a; 2006b) normatizam e
2
recomendam que para a realização dos testes de controle de qualidade em medicina
nuclear sejam empregados objetos simuladores adequados. Além desses
documentos, na literatura são encontradas muitas descrições sobre a importância do
emprego de objetos simuladores nos programas de controle em medicina nuclear. A
seguir, serão apresentados três trabalhos que evidenciam esta importância.
No livro de Sharp et al. (2005) são apresentadas informações detalhadas
sobre alguns objetos simuladores desenvolvidos para avaliação de controle de
qualidade em câmaras de cintilação, tais como os objetos simuladores para testes
de resolução, sensibilidade e uniformidade. Esses objetos são citados pelos autores
e descritos em forma de desenhos, com detalhes sobre suas dimensões, sobre o
posicionamento ideal das fontes e as recomendações de como se deve realizar os
testes de controle de qualidade com eles.
Debrun et al. (2005) e Matusiak et al. (2008) são também exemplos de
autores que desenvolveram pesquisas com objetos simuladores para o controle de
qualidade em medicina nuclear. Os primeiros autores utilizaram como referência um
objeto simulador dinâmico cardíaco na comparação e validação das medições de
volume em câmaras tipo Gated SPECT e ecocardiografia em 4D. Os segundos
autores, utilizando um objeto simulador voxel coreano adulto, fizeram um estudo
para calcular a fração absorvida específica para a estimativa de dose dos órgãos
internos; em seguida, compararam os resultados com os dados obtidos em um
objeto simulador de adulto do Oak Ridge National Laboratory (ORNL) em Oak
Ridge-USA.
Chan et al. (2010) desenvolveram um objeto simulador para testar o
desempenho dos equipamentos de aquisição de imagem de medicina nuclear. Tal
objeto simulador possui estrutura e funcionalidade semelhante a tecidos moles, com
a capacidade de simular a estrutura de um órgão humano, o que possibilita várias
modalidades de estudos de imagem. O material do objeto simulador foi constituído
de elastômeros, acetato de polivinila (PVA) e criogel. Esse objeto resultou em
patente, de direito da empresa Koninklijke Philips Electronics N.V.
Os objetos simuladores utilizados no Brasil são, em sua maioria, importados e
de custo financeiro relativamente elevado. Embora esses objetos possam ser
considerados eficientes para o uso em controle de qualidade, os custos financeiros
3
elevados e a burocracia da importação, provavelmente, são empecilhos para a sua
aquisição deles por parte dos serviços de medicina nuclear (FERREIRA e SOUZA,
2011a).
Dificuldades para a aquisição de objetos simuladores foram também
observadas em Cuba. Por exemplo, Varela et al. (2004) observaram que a principal
dificuldade nos serviços de medicina nuclear de Cuba seria a carência de objetos
simuladores para testes de controle de qualidade. Devido aos custos financeiros
elevados de tais instrumentos, naquele país não se exige que os serviços de
medicina nuclear tenham os seus próprios simuladores. Assim, o Centro de Controle
Estatal de Equipamentos Médicos de Cuba (CCEEM) decidiu criar um banco
nacional de objetos simuladores. A criação do banco permitiu também saber quantos
objetos simuladores eram utilizados nos serviços de medicina nuclear daquele país.
Por meio do banco, qualquer especialista interessado pode acessar um portal
eletrônico com informações sobre os tipos e as quantidades de objetos simuladores
que estão disponíveis e sobre os usuários e as instituições proprietárias desses
objetos. É importante salientar que, conforme dados citados no trabalho de Varela et
al., em 2004 Cuba possuía dezoito serviços de medicina nuclear. A título de
comparação, no Brasil em 2009 estavam em funcionamento mais de três centenas
desses serviços.
Perez et al. (2008) realizaram outra pesquisa nos serviços de medicina
nuclear em Cuba para coletar dados sobre as câmaras de cintilação, sobre a
qualificação dos profissionais e para saber quais tipos de objetos simuladores eram
encontrados nos serviços. Os autores ressaltaram a importância do banco de
objetos simuladores criado em 2004 pela CCEEM, por ser uma ferramenta útil e
valiosa para a garantia do controle de qualidade das câmaras de cintilação e ainda
recomendaram que bancos de objetos simuladores devessem ser criados em outros
países.
No Brasil, os serviços de medicina nuclear devem atender à Norma CNEN-
NE-3.05 (CNEN, 1996) e à Resolução MS-ANVISA-RDC No 38 (ANVISA, 2008). De
acordo com esses documentos, um serviço de medicina nuclear deve dispor de pelo
menos um objeto simulador de barras tipo quadrante, também denominado de
simulador de barras ortogonais. Esse tipo de simulador precisa estar sempre
4
disponível nos serviços de medicina nuclear para testes de controle de qualidade
que são obrigatórios, conforme tais documentos.
Objetos simuladores diferenciados são acessórios que permitem avaliações
adicionais dentro de um programa de controle de qualidade nos serviços de
medicina nuclear.
Os avanços tecnológicos na medicina nuclear têm suscitado um maior
interesse por melhorias na qualidade de imagens com o uso de objetos simuladores
antropomórficos e não antropomórficos, que são utilizados para controle de
qualidade e treinamento de profissionais (McPARLAND, 2010). Um exemplo de uso
desses simuladores foi apresentado por Bai et al. (2010) para avaliação da
uniformidade nas imagens em testes de controle de qualidade nas câmaras de
cintilação.
Os objetos simuladores são empregados em medicina nuclear para avaliação
do desempenho de sistemas de colimação de câmaras de cintilação, na calibração
desses equipamentos e na análise de parâmetros de reconstrução de imagens, da
capacidade de detectabilidade de lesões, entre outras propriedades ou
características desses sistemas. Nessa área, dentre os mais empregados, podem
ser citados, além dos simuladores de barras, o cardíaco antropomórfico; os de
homogeneidade como os do tipo Jaszczak, que possuem artefatos de diferentes
dimensões para simulação da absorção de radiofármacos e de várias condições
tomográficas dos sistemas de imagens (DOMENICO et al., 2007; IAEA, 1996); o
Rollo phantom, que é empregado para a verificação de contraste e resolução
espacial; os simuladores de cérebro, como o Hoffman 3-D Brain phantom, os
simuladores cardíacos e o de tireóide (JACOB et al., 2006). Certos objetos
simuladores podem funcionar também como dosímetro quando portam materiais,
como detectores termoluminescentes ou géis poliméricos especiais (GEAR et al.,
2007; DEENE, 2004; MAGALHÃES et al., 2004; NETERPCN, 2006; CASTRO et al.,
2006; SABBIR et al., 2005).
Alguns desses objetos, como os do tipo Jaszczak, por exemplo, são eficientes
para o uso em procedimentos de controle de qualidade de sistema de tomografia
computadorizada por emissão de fóton único (SPECT) e tomografia por emissão de
pósitron (PET).
5
Embora diversos objetos simuladores já sejam disponibilizados
comercialmente, novos modelos estão sendo desenvolvidos para atender a casos
específicos ou para aprimoramento dos processos em controle de qualidade de
equipamentos para medicina nuclear. Por exemplo, Andrade et al. (2008), a partir da
constatação de que os protocolos de estudo da função tireoidiana tenderiam a
mudar devido à disponibilidade de iodo-123, que é um isótopo que possibilita menor
dose de radiação ao paciente em diagnóstico, melhoria na qualidade de imagem e a
agilidade nos resultados dos exames cintilográficos, desenvolveram um objeto
simulador de tireóide para validação da implantação do uso de iodo-123 na
determinação da capacidade de captação de iodo por essa glândula. No trabalho, a
preocupação dos pesquisadores era a de eliminar as possíveis fontes de erros
decorrentes da adaptação do protocolo de uso do iodo-131 para o uso do
radioisótopo iodo-123.
Para o controle de qualidade das câmaras de cintilação são utilizados objetos
simuladores do tipo barras, flood e Jaszcazk. Com esses simuladores é possível
realizar os testes de uniformidade de campo (flood), de resolução espacial (barras),
resolução tomográfica e linearidade (barras e Jaszczak). A Figura 1.1 apresenta a
fotografia de três simuladores de modelos diferentes: de barras, Jaszcazk e o flood.
Figura 1.1 Fotografias de objetos simuladores para medicina nuclear: de barras(a), Jaszczak (b) e flood (c) (MAGALHÂES et al. 2004;OPRAXMEDICAL, 2009).
Em medicina nuclear, com exceção do objeto simulador de barras, todos os
outros portam material radioativo no momento de realização dos testes de controle
de qualidade.
6
Alguns objetos simuladores podem ser utilizados para treinamento de
profissionais, além de controle de qualidade. Um exemplo é o objeto simulador de
fígado multcontrast/resolution liver phantom (Figura 1.2), fabricado pela
OPraxMedical. Esse objeto contém nódulos fixos na superfície superior e inferior,
que também são fixas (OPRAXMEDICAL, 2009).
Figura 1.2 Fotografias do objeto simulador de fígado, multcontrast/resolutionliver phantom (OPRAXMEDICAL, 2009).
Em se tratando de objetos simuladores para controle de qualidade de
processos de imageamento de fígado, nos anos 1960 pesquisadores já
demonstravam a preocupação em desenvolver tais artefatos para controle de
qualidade em medicina nuclear. Por exemplo, Loken e Gerding (1967)
desenvolveram um objeto representando um fígado de parafina com volume de
1600 mL, que continha água e material radioativo em seu interior. A invenção dos
autores tinha como finalidade avaliar as câmaras de cintilação por meio da
visualização de esferas dentro do objeto simulador de fígado. Em outro trabalho,
Volodin et al., (1985) utilizaram dois objetos simuladores de fígado com estrutura de
borracha e fizeram uma intercomparação entre 12 países, obtendo um total de 127
imagens do simulador, que serviram para avaliação do desempenho das câmaras de
cintilação utilizadas nos serviços de medicina nuclear de tais países; como
resultado, os autores constaram que poderiam otimizar o programa de controle de
7
qualidade das câmaras a partir da definição nas imagens dos simuladores de
nódulos de diversos tamanhos. Zaide (2006) destacou a importância do objeto
simulador antropomórfico computacional de fígado com tumores no estudo da
concentração de radionuclídeo 99mTc nos tumores nesse órgão. Mais recentemente,
Ali et al. (2011) fizeram avaliações em câmara de cintilação utilizando um objeto
simulador de fígado com artefatos representando nódulos frios de diferentes
tamanhos localizados em regiões distintas no objeto. O estudo teve o intuito de
avaliar a resolução e a uniformidade da imagem da câmara. Nódulos frios são
aqueles que não captam radionuclídeo.
O treinamento empregando objeto simulador é considerado essencial no que
tange à educação continuada dos profissionais de medicina nuclear (SILVA, 2011).
Os objetos simuladores possibilitam a aquisição de informações simuladas
satisfatórias, como tamanho e funcionalidade dos órgãos nas aulas práticas, para
que não seja necessário treinamento com pacientes.
A motivação deste trabalho partiu da observação do interesse dos
profissionais de medicina nuclear em adquirir objetos simuladores de baixo custo
financeiro para testes de controle de qualidade, radioproteção e treinamento de
profissionais, conforme constatado em Ferreira e Souza (2011b). A partir dessa
observação, buscou-se o desenvolvimento de simuladores que sejam úteis nesses
quesitos; ou seja, que possam ser produzidos nacionalmente, que apresentem baixo
custo comparado aos importados; sejam fáceis de reproduzir e que, futuramente,
estejam disponíveis para diversos serviços de medicina nuclear, o que poderá
colaborar para a criação de um banco de objetos simuladores no Brasil.
Vale destacar que a partir do objeto simulador multcontrast/resolution liver
phantom, decidiu-se construir um objeto simulador de fígado com a geometria
semelhante. Entretanto, buscou-se o aperfeiçoamento do objeto e a incorporação de
algumas funções que o simulador comercial não disponibiliza, tais como a
incorporação de placas móveis com nódulos e sem nódulos.
Além desse objeto, buscou-se também construir outros dois tipos de objetos
simuladores para uso em medicina nuclear.
8
1.1 Objetivos do Trabalho
Geral
O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de objetos simuladores
nacionais para uso em controle de qualidade em medicina nuclear e em treinamento
de profissionais da área.
Esse objetivo esteve baseado, principalmente, nos resultados da pesquisa
feita com alguns supervisores de radioproteção no Brasil, conforme citado
anteriormente, e na busca por melhorias no controle de qualidade, radioproteção e
treinamento de profissionais de medicina nuclear.
Específicos
Os objetivos específicos do trabalho foram divididos em:
1- Conhecer o interesse de físicos médicos e supervisores de radioproteção,
profissionais de medicina nuclear, em adquirir objetos simuladores e em
partilhar de um banco com tais objetos.
2- Construção de um objeto simulador adequado para avaliação de
sensibilidade e centro de rotação em câmaras de cintilação;
3- Construção de um objeto simulador de fígado adequado para avaliação de
câmara de cintilação e treinamento de profissionais;
4- Construção de três objetos simuladores antropomórficos de fígado
adequados para simulação de fígados sadios e com cirrose hepática em
exames com câmara de cintilação;
5- Elaboração de um objeto simulador computacional baseado num
simulador físico de fígado usando o Visual Monte Carlo (VMC) para
estimativa de dose de radiação absorvida pelo fígado devido à cintilografia
hepática.
Para o objetivo descrito no item 1, partiu-se do ponto de vista de que a
organização de um banco de objetos simuladores possibilitaria, além da melhoria no
controle de qualidade de imagens em medicina nuclear, também a troca de
informações entre os profissionais envolvidos com a radioproteção desses serviços.
Além disso, a implantação do banco ajudaria a expandir a colaboração entre tais
9
serviços, tornando acessível um conjunto de informações sobre casos clínicos e
testes de controle de qualidade.
A tese está organizada como a seguir:
Na Fundamentação Teórica estão descritos as informações consideradas
mais relevantes para o embasamento da pesquisa, como as relativas à radiação
ionizante, aos sistemas de aquisição de imagem em medicina nuclear, ao controle
de qualidade das câmaras de cintilação, entre outras.
Em Materiais e Métodos estão apresentados: a metodologia empregada na
pesquisa sobre a aceitabilidade do banco de objetos simuladores por parte dos
responsáveis pelos serviços de medicina nuclear no Brasil; os sistemas de aquisição
de imagens; os materiais empregados em cada objeto simulador, os procedimentos
para a caracterização dos acrílicos e os testes de controle de qualidade das
câmaras de cintilação.
Os Resultados estão apresentados em quatro partes: Na primeira parte são
apresentados e discutidos os resultados da pesquisa sobre a aceitabilidade de um
futuro banco de objetos simuladores desenvolvidos no Brasil; na segunda parte, os
resultados referentes à caracterização dos acrílicos empregados nos objetos
simuladores; na terceira parte, são descritos os procedimentos de construção dos
objetos simuladores e na quarta parte são apresentados os resultados das
avaliações realizadas utilizando os objetos simuladores.
No último capítulo estão apresentadas as conclusões do trabalho.
10
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste capítulo serão abordados os conceitos teóricos básicos necessários
para o desenvolvimento deste trabalho. Tal abordagem será dividida em duas
etapas:
Na primeira etapa serão comentados os conceitos e as definições relativas às
aplicações dos radionuclídeos em medicina nuclear, os testes de controle de
qualidade que devem ser realizados com a câmara de cintilação, de acordo com a
norma CNEN-NN-3.05 da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN, 1996), e
com as recomendações da Agência Internacional de Energia Atômica, TEC-DOC-
6.02 (IAEA, 1991, 2003).
Na segunda etapa serão apresentados os conceitos e as aplicações dos
objetos simuladores desenvolvidos para uso em programas de controle de qualidade
em medicina nuclear. Serviram como base para essa segunda etapa o documento
que trata de objetos simuladores e modelos computacionais para o uso em controle
de qualidade, publicado pela International Commission on Radiation Units and
Measurements (ICRU-48, 1992), a norma CNEN-NN-3.05 que trata de requisitos de
radioproteção e segurança para serviços de medicina nuclear (CNEN, 1996), e as
publicações da IAEA (1991; 2003; 2006a; 2006b; 2009b), que tratam dos sistemas
de aquisição de imagem em medicina nuclear.
2.1 Interação da Radiação Eletromagnética Ionizante com a Matéria
As formas mais prováveis de interações da radiação eletromagnética
ionizante com a matéria em medicina nuclear são por efeito fotoelétrico e efeito
Compton. A probabilidade de ocorrência de um tipo de interação está diretamente
associada à energia da radiação.
No efeito fotoelétrico, o fóton interage com elétron fortemente ligado,
transferindo toda a sua energia ao elétron, que é expelido do átomo. Esse efeito é
predominante para fótons de baixas energias (Figura 2.1).
11
Figura 2.1 Ilustração do efeito fotoelétrico (KIERANMAHER et al., 2006).
No efeito fotoelétrico, seja: W a energia de ligação do elétron ao átomo, ou
seja, a energia mínima necessária para que um elétron escape da camada orbital, e
hv a energia do fóton incidente, tem-se que a energia cinética (ETR) do fotoelétron
pode ser expressa por meio da Equação 1.
(1)
No efeito Compton o fóton incidente não transfere toda a sua energia ao
elétron orbital. Parte da energia do fóton é transferida ao elétron fracamente ligado,
sendo o fóton desviado de sua direção original, continuando a existir, porém com
energia menor. A Figura 2.2 apresenta um esquema para representação do efeito
Compton.
Figura 2.2 Esquema do efeito Compton (TAUHATA, 2003).
12
2.2 Decaimentos Radioativos
Devido as suas propriedades físicas, alguns átomos são instáveis e podem
sofrer decaimento radioativo. O produto resultante desde decaimento é denominado
de “radionuclídeo filho”. Esse elemento resultante do decaimento sempre está num
estado de energia menor do que o radionuclídeo pai. Para cada radionuclídeo pode-
se prever o tipo de radiação emitida, a energia liberada do processo e a meia-vida
física do elemento que se desintegra.
Na medicina nuclear, os radionuclídeos empregados decaem emitindo,
principalmente, radiação beta, radiação gama e elétrons de conversão interna. É
empregado também radionuclídeo que decai por captura eletrônica, exemplo disso é
o 126I. Como consequências desses decaimentos, também podem ser observados
raios X e elétrons Auger. Quando os radionuclídeos emitem radiação beta, também
pode ocorrer a emissão de radiação gama.
No processo da emissão beta negativa, o núcleo do átomo possui excesso de
nêutrons e, para atingir sua estabilidade, ocorre a conversão de um nêutron num
próton com a emissão de uma partícula beta negativa e um antineutrino.
O processo da emissão de radiação beta positiva ocorre quando um núcleo
de átomo possui excesso de prótons e, para alcançar a sua estabilidade, ocorre a
conversão de um próton em um nêutron e a emissão de uma partícula beta positiva
(pósitron) acompanhada de um neutrino. O pósitron emitido transfere sua energia
para a matéria e, ao encontrar um elétron negativo, ocorre o processo de
aniquilação das duas partículas, dando origem a dois fótons de energia 0,511 MeV
cada, como requer a conservação do momento. Os fótons são emitidos em sentidos
opostos (SCAFF, 2004; TAUHATA, 2003).
Quando o processo de decaimento resulta num radionuclídeo filho no estado
excitado, os diferentes estados excitados do átomo filho caem para o estado
fundamental emitindo fótons gama, num esquema próprio de cada átomo.
Na conversão interna, ao invés de ocorrer emissão de radiação gama, a
energia liberada é transferida para um elétron orbital, causando a ejeção deste
elétron. A energia cinética do elétron de conversão é igual à diferença entre a
energia da radiação gama e a energia de ligação do elétron. O processo de
13
conversão interna reduz o número de fótons gama detectáveis para construção de
imagens em medicina nuclear.
No processo de captura eletrônica, um núcleo que tem prótons em excesso,
para alcançar a sua estabilidade pela captura um elétron do seu próprio átomo. Esse
elétron capturado combina-se com um próton converte-o em um nêutron e um
neutrino. O elétron com maior probabilidade de ser capturado pelo núcleo é o elétron
da camada K (TAUHATA, 2003, OKUNO e YOSHIMURA, 2010).
A radiação X característica é consequência de vacância de elétron das
camadas orbitais mais internas, devido a processos fotoelétricos, ou de conversão
interna ou ainda de captura eletrônica. Para a ocorrência da radiação X
característica, a vacância deixada pelo elétron orbital é preenchida por um elétron de
orbitais superiores. O excesso de energia do elétron que preenche a vacância é
liberado por meio de uma radiação eletromagnética, cuja energia é igual à diferença
de energia entre o estado inicial e o final, ou seja, na forma de raios X característicos
(OKUNO e YOSHIMURA, 2010; THRALL e ZIESSMAN, 2003).
O processo de emissão de elétrons Auger ocorre quando não há transição de
um elétron da camada mais externa para uma camada mais interna do átomo, como
acontece na radiação X característica. Ao invés de liberar o excesso de energia, o
elétron pode transferir essa energia para outro elétron da camada, sendo que, se a
energia liberada para esse outro elétron for superior a sua energia de ligação, ele é
ejetado do átomo (OKUNO e YOSHIMURA, 2010; TURNER, 2007).
A energia dos fótons é transferida para a matéria por meio do efeito
fotoelétrico, efeito Compton, produção de pares etc. No caso das partículas, a
transferência de energia para o meio se dá através de excitações e ionizações
atômicas ou por produção de radiação de freamento (OKUNO e YOSHIMURA,
2010).
2.3 Grandezas Radiológicas
Aqui, destacamos apenas as grandezas radiológicas que auxiliam na melhor
compreensão do trabalho.
14
2.3.1 Atividade, A
A atividade A de uma amostra radioativa é representada pelo número de
transformações nucleares por unidade de tempo que ocorrem na amostra, podendo
ser expressa matematicamente através da Equação 2, na qual N é o número de
núcleos radioativos na amostra ou material.
(2)
A unidade de atividade A é representada por bequerel (Bq), que corresponde
a uma transformação por segundo (s-1). Vale salientar que a unidade antiga de
atividade é curie (Ci), que é equivalente a 3,7 × 1010 Bq.
2.3.2 Dose absorvida, D
A transferência de energia da radiação ionizante para a matéria resulta em
dose absorvida, D, que é uma medida da energia total da radiação absorvida por
unidade de massa da substância irradiada; ou seja, a dose absorvida é dada pela
relação entre a energia dε que o meio recebeu da radiação por unidade de massa do
volume irradiado (dm) (Equação 3). A unidade de D é J.kg-1, que recebe a
denominação de Gray (OKUNO e YOSHIMURA, 2010; TAUHATA, 2003).
(3)
2.4 Utilização de Radionuclídeos e Radiofármacos na MedicinaNuclear
Os radionuclídeos empregados em medicina nuclear são fundamentais para
fins diagnósticos e terapia de doenças como, por exemplo, obstruções de artérias,
metástases ósseas, doenças renais e da glândula tireóide. Para essas aplicações,
esses radionuclídeos, que são produzidos artificialmente nos cíclotrons e nos
reatores nucleares, têm meias-vidas relativamente curtas e são utilizados como
15
fontes radioativas não seladas. Assim, a manipulação deles deve ser realizada de
acordo com as recomendações nacionais e internacionais de proteção radiológica
(OLIVEIRA, 2006).
Os radionuclídeos são úteis para a investigação e para medições de
processos bioquímicos essenciais à vida. O radionuclídeo ligado a um composto
farmacológico que pode ser utilizado como marcador é denominado radiofármaco. O
termo radiofármaco é reservado para material radioativo que preenche os requisitos
necessários para administração em pacientes. Os marcadores de fármaco mais
frequentemente empregados são os radionuclídeos tecnécio (99mTc), tálio (201Tl),
gálio (67Ga) e o flúor (18F) (SAHA, 2006; ARAUJO, 2005). O iodo (131I) é utilizado,
principalmente, na terapia da tireóide. Destes elementos, atualmente, o mais usado
é o radionuclídeo 99mTc para exames realizados com câmaras de cintilação tipo
SPECT (SAHA, 2006; TNAP, 2007). Os radionuclídeos mais utilizados para testes
de controle de qualidade nas câmaras de cintilação são o tecnécio (99mTc) e o gálio
(67Ga).
Por suas propriedades e características físicas o 99mTc é conhecido como um
bom marcador de órgão, sendo aplicável para estudos de quase todos os órgãos e
sistemas do corpo humano. Este radionuclídeo possui meia-vida de 6,02 horas;
emissão gama com energia de 140 keV, que é adequada ao detector mais
empregado em câmara de cintilação, que é composto de iodeto de sódio ativado
com tálio; decai 89% por emissão gama e 11% por conversão interna e é
disponibilizado em gerador de radionuclídeo de baixo custo. O seu tempo de meia-
vida é suficiente para a preparação dos radiofármacos, administração ao paciente e
aquisição das imagens. No Brasil, atualmente, as instituições adquirem o chamado
“gerador de tecnécio” através do IPEN - Instituto de Pesquisas Energéticas e
Nucleares. O tecnécio que se forma pelo decaimento do 99Mo é eluído com soro
fisiológico e, em seguida, manipulado para ser administrado aos pacientes ou na
utilização de testes de controle de qualidade (DANTAS et al., 2005; OLIVEIRA et al.,
2006; NOGUEIRA, 2006).
O 18F é um radionuclídeo que está sendo cada dia mais utilizado em exames
de tomografia por emissão de pósitron (PET). Esse radionuclídeo é emissor de
pósitrons, que, por aniquilação, geram radiação eletromagnética de 511 keV. O 18F
16
possui uma meia-vida de 110 minutos, seu decaimento ocorre em 96,73% por
emissão de pósitrons e 3,27% por captura eletrônica (TNAP, 2007; IAEA, 2009a). O18F é utilizado para marcar moléculas de glicose, na forma de fluordeoxiglucose (18-
FDG). Normalmente, para fins diagnósticos se administra esse radiofármaco por
injeção intravenosa no paciente. Os exames de PET servem, principalmente, para
diferenciar as células neoplásicas das células normais através do consumo de
glicose delas, uma vez que a célula cancerígena absorve uma quantidade
consideravelmente maior de glicose (TNAP, 2007).
Nas aplicações em diagnóstico clínico, é preferível que o radiofármaco que se
destina a esse fim não emita radiação alfa ou beta, uma vez que estas partículas
apenas serviriam para aumentar a dose de radiação absorvida pelo paciente. O
radiofármaco deve ser fixado seletivamente pelo órgão ou sistema que se deseja
analisar, sendo também desejável a absorção rápida pelo órgão alvo, metabolização
e excreção eficiente, de modo a aumentar o contraste da imagem e reduzir a dose
de radiação absorvida pelo paciente. Vale ressaltar que os radiofármacos devem ser
fisiologicamente inócuos e não devem produzir reações alérgicas ou substâncias
tóxicas (OLIVEIRA et al., 2006; HOLD et al., 2007; TREVES, 2007).
2.5 Controle de Qualidade de Câmara de Cintilação
Há pouco mais de cinquenta anos foi lançado comercialmente um instrumento
padrão para obtenção de imagens estáticas e dinâmicas em medicina nuclear,
chamado câmara cintilográfica de Anger, e conhecida mundialmente como gama
câmara. As primeiras câmaras de cintilação comercializadas eram dotadas de
cristais cintiladores com 25,4 cm a 30,5 cm diâmetro e 1,3 cm de espessura. Essas
câmaras foram projetadas no período em que o iodo-131, que emite radiação gama
de 364 keV, principalmente, era o radionuclídeo mais empregado em medicina
nuclear.
Na década de 1960, os computadores já possibilitavam adquirir e armazenar
as imagens obtidas nas câmaras de cintilação. A câmara de cintilação é o principal
instrumento para aquisição de imagens na prática de medicina nuclear. Tal
equipamento é capaz de extrair, por exemplo, parâmetros fisiológicos, corrigir
17
distorções associadas ao processo de formação de imagens, assim como evidenciar
estruturas orgânicas de interesse clínico.
Nos anos de 1970, Ronald Jaszczak desenvolveu as câmaras de cintilação
tomográficas, chamadas SPECT, que até hoje são utilizadas nos serviços de
medicina nuclear e vêm sendo aperfeiçoadas pela indústria. Ao longo dos anos,
modificações foram sendo incorporadas nestes equipamentos, principalmente em
relação aos parâmetros de desempenho, tais como campo de visão, uniformidade,
sensibilidade, resolução espacial e resolução energética, além de modificações que
também favoreceram a estabilidade mecânica e eletrônica dos sistemas.
Atualmente, as câmaras de cintilação apresentam cristais de 0,65 cm de espessura
e podem ter um, dois ou três detectores; uma maior quantidade de detectores
permite maior eficiência e menor tempo na realização dos exames cintilográficos
(ROBILLOTA, 2006; SHARP, 2005; ARAUJO, 2005). A maior quantidade de
detectores possibilitou também a melhoria da sensibilidade desses sistemas, além
de permitir o uso de colimadores específicos para cada tipo de radionuclídeo,
diminuindo o tempo de aquisição das imagens tomográficas (NETERPCN, 2006;
ZAIDI, 2006).
Uma câmara de cintilação é, normalmente, composta por colimador, cristal de
iodeto de sódio, artefato de acoplamento ótico, fotomultiplicadoras (FTM), circuitos
de posicionamento, analisador de altura de pulso e sistema computacional. A Figura
2.3 mostra um esquema simplificado de uma câmara de cintilação.
18
Figura 2.3 Esquema apresentando os principais componentes de umacâmara de cintilação (THRALL e ZIESSMAN, 2003).
O diagrama da Figura 2.3 apresenta um fóton passando pelo colimador de
chumbo e incidindo no cristal da câmara. A cintilação gerada devido à interação da
radiação no cristal é captada pelas fotomultiplicadoras, que são opticamente
acopladas ao cristal de NaI(Tl). A corrente elétrica gerada pelas fotomultiplicadoras é
processada no circuito de posicionamento para o cálculo das coordenadas X e Y. A
análise dos pulsos possibilita a determinação das coordenadas do evento (THRALL
e ZIESSMAN, 2003; SHARP et al., 2005; IAEA, 2009b).
Os colimadores funcionam como filtros direcionadores da radiação incidente
devido aos seus orifícios, que deixam atravessar apenas os fótons que incidem na
direção ortogonal à superfície do cristal. Esses filtros são constituídos de chumbo
(Pb), devido ao alto coeficiente de absorção deste material. Os orifícios, de forma e
diâmetro definidos para cada tipo de colimador, são separados por paredes (septos)
(THRALL e ZIESSMAN, 2003; NOGUEIRA, 2006; IAEA, 2009b).
Os principais parâmetros que dependem da escolha do colimador são
resolução espacial e sensibilidade. O primeiro deles é uma medida da nitidez da
imagem. O segundo é uma medida da proporção dos raios gama incidentes no
colimador que passam até o detector, de modo que quanto maior a sensibilidade,
19
maior será a taxa de contagem registrada pelo sistema de aquisição de dados
(SHARP et al., 2005).
Os colimadores utilizados nas câmaras de cintilação são classificados quanto
às energias dos radionuclídeos utilizados. Assim, colimadores denominados de alta
energia são empregados para radiação com energia acima de 500 keV (18F, 15O,13N); colimadores de média energia para a radiação de 200 a 500 keV (67Ga, 131I) e
colimadores de baixa energia para radiação abaixo de 200 keV (99mTc, 201Tl, 123I)
(NOGUEIRA, 2006; SHARP et al., 2005).
A formação da imagem em medicina nuclear se inicia a partir da incidência da
radiação eletromagnética proveniente do paciente. Do processamento de sinais e
localização de eventos, vem o armazenamento dos dados da imagem e a análise
desses dados; em seguida, a exibição dos dados e formatação da imagem.
Nos últimos anos, a tomografia por emissão de pósitrons vem se destacando
em relação à SPECT no que se refere à avaliação da funcionalidade de órgãos e
detecção precoce de nódulos e tumores. Os exames de PET permitem uma maior
acurácia no diagnóstico de câncer e das doenças cardíacas e neurológicas (ABEN,
2009).
2.5.1 Controle de Qualidade em Medicina Nuclear
Em medicina nuclear, o controle de qualidade é considerado fundamental em
todos os aspectos da prática desta especialidade médica, com a finalidade de se
reduzir, tanto quanto praticável, a possibilidade de erros humanos e a observação de
artefatos nas imagens, pois esses são eventos que podem conduzir o paciente
examinado a exposições adicionais à radiação ionizante. O controle de qualidade
promove meios para detecção de erros, correção ou compensação destes e facilita a
intervenção em eventos relacionados às falhas.
Muitos protocolos definem os testes de controle de qualidade; a IAEA, a
Associação Americana de Física Médica (AAPM) e a CNEN indicam ensaios
essenciais para câmaras de cintilação (IAEA, 1991; AAPM, 1995; CNEN, 1996).
Além desses documentos, em 2008 a Agência Nacional de Vigilância Sanitária
(ANVISA) publicou a Resolução de Diretoria Colegiada (RDC), nº 38, que é uma
20
regulamentação com os requisitos para a instalação e o funcionamento de serviços
de medicina nuclear (ANVISA, 2008).
Um programa de controle de qualidade em medicina nuclear é desenvolvido
para:
I - garantir a obtenção de imagens diagnósticas de boa qualidade, isto é, que
possibilitem visibilidade e nitidez dos detalhes das estruturas anatômicas de
interesse;
II – comparar parâmetros obtidos nos exames com as especificações do
fabricante do equipamento em questão, possibilitando analisar se o desempenho
dos equipamentos de aquisição de imagem está dentro do aceitável;
III – determinar a frequência e a necessidade de recalibração ou de
manutenção preventiva dos equipamentos;
IV – desenvolver metodologias e práticas de ensino e treinamento para os
profissionais envolvidos, relativos às análises e interpretação de dados, de imagens,
segurança, radioproteção etc.
Segundo Thrall e Ziessman (2003), um tópico importante relacionado a
controle de qualidade em medicina nuclear é a determinação da “janela energética”,
que significa a seleção da faixa de energia que será utilizada nos exames, pois esta
deve ser adequada às energias dos fótons emitidos pelo radionuclídeo, para melhor
resolução da imagem. Assim, é recomendado que se utilize a janela energética
centrada no pico de energia específica do radionuclídeo. No caso do uso de
radionuclídeo 99mTc, que emite radiação gama de 140,5 keV, emprega-se a janela
energética de 10% ou 15% (CASTRO JUNIOR et al., 2004; IAEA, 2003). A Figura
2.4 apresenta imagens obtidas com duas janelas empregadas para o 99mTc, sendo
que a imagem obtida com a janela energética de 15% (130-151 keV) representa
uma melhor resolução.
21
Figura 2.4 Imagens obtidas empregando-se janelas de 10% e 15% para o99mTc (IAEA, 2003).
Outro fator importante relacionado à aquisição de imagem em câmaras
cintiladoras é o tamanho da matriz de pixels escolhida para o estudo do órgão
desejado. A matriz serve para ampliar o campo de visão formado pelo pixel (unidade
elementar da matriz). Quanto maior for a matriz, melhor será a resolução espacial;
porém, maior será o tempo necessário para a aquisição da imagem, pois levará mais
tempo para se atingir um número adequado de contagens. Atualmente, as matrizes
podem ser de 64 x 64, 128 x 128, 256 x 256 ou 512 x 512 pixels (SHARP, 2005;
THRALL e ZIESSMAN, 2003).
As câmaras de cintilação tipo SPECT possuem a capacidade de adquirir
imagens enquanto se movimentam, armazenando os dados obtidos na memória de
seus computadores. Essas imagens podem ser reconstruídas após serem
processadas, permitindo análises de diferentes cortes e planos. Assim, são
fundamentais os procedimentos de controle de qualidade para essas câmaras para
que se evite a ocorrência de artefatos nas imagens, reduzindo as chances de
quantificações errôneas (NETERPCN, 2006; TNAP, 2007). A avaliação sistemática
da câmara de cintilação possibilita determinar se o equipamento estará operando de
acordo com as especificações de desempenho do fabricante e permite a
comparação do desempenho do equipamento com outros de mesmo tipo.
Para um bom controle de qualidade do sistema cintilográfico é necessário
considerar a frequência das avaliações e a utilização de objetos simuladores
adicionais. De acordo com a Norma CNEN-NN-3.05 (CNEN, 1996), devem ser
22
avaliados, periodicamente, por meios de testes específicos, a uniformidade de
campo, a resolução espacial, a linearidade, o centro de rotação e a sensibilidade. A
seguir, serão apresentados esses testes e descritos brevemente os procedimentos
necessários para a realização deles.
O teste de uniformidade de campo baseia-se na análise da resposta do
sistema para uma fonte radioativa plana e homogênea, com área superior à do
campo de visão do detector da câmara de cintilação. Para este teste, a fonte plana
(objeto simulador com água e material radioativo) é colocada rente à face do
colimador. Como alternativa para o teste de uniformidade sem colimador, utiliza-se
uma fonte puntiforme a uma distância igual a cinco vezes o tamanho do diâmetro do
cristal (IAEA, 1991; CNEN, 1996).
O teste para avaliação da resolução espacial tomográfica baseia-se na
análise da capacidade de visualização de um “conjunto de esferas” (nódulos)
contidos em um objeto simulador (MAGALHÃES et al., 2004). Para a realização
deste teste é necessário o emprego de objeto simulador que contém esferas com
diâmetros menores e maiores que 1 cm, sendo que o teste se baseia na avaliação
da imagem obtida da esfera de menor diâmetro.
O teste de linearidade aplica-se na avaliação da câmara de cintilação para
reproduzir imagens de linhas retas como linhas retas, sem distorção e/ou curvatura
do objeto simulador de barras (OLIVEIRA, 2000).
O teste de centro de rotação baseia-se na avaliação do eixo de rotação da
câmara (gantry) que deve coincidir com o eixo de rotação na reconstrução da
imagem. Caso contrário, se o centro de rotação não estiver alinhado podem surgir
distorções em reconstruções de fatias da imagem tomográfica (IAEA, 1991, 2009;
CNEN, 1996; DULLIUS, 2011). Vale ressaltar que esse teste só é realizado em
câmaras de cintilação do tipo SPECT.
O teste de sensibilidade confere a resposta do sistema a uma fonte
radioativa plana e homogênea que é acoplada sobre o detector com o colimador
(CNEN, 1996; SHARP, 2005).
Neste trabalho foram realizados os testes de uniformidade de campo,
resolução espacial tomográfica, sensibilidade e centro de rotação. Esses testes
23
serviram para a validação dos objetos simuladores desenvolvidos na presente
pesquisa.
2.5.2 Tomografia por Emissão de Pósitron (PET)
Os sistemas de aquisição de imagem do tipo PET já passaram por várias
gerações de desenvolvimento. Exemplos disso são os sistemas que anteriormente
tinham detectores de 3 a 8 anéis e passaram a ter detectores de 32 anéis, com a
capacidade de criar uma fatia tomografia para cada um destes anéis (THRALL e
ZIESSMAN, 2003).
2.5.2.1 Detector de coincidência
Como um sistema PET utiliza a detecção em coincidência dos dois fótons que
são emitidos em sentidos opostos devido ao processo de aniquilação do par elétron-
pósitron, os detectores devem abranger 360º para uma amostragem completa, ao
contrário do sistema SPECT onde 180° é suficiente.
Quando ocorre a detecção dos fótons resultantes de uma aniquilação, os
eventos são registrados em pares de detectores, então esses eventos são aceitos
como verdadeiros. A detecção de fótons pareados randomicamente, que são
detectados no circuito como se fossem fótons pareados da mesma aniquilação,
podem reduzir a qualidade da imagem (THRALL e ZIESSMAN, 2003). O material
mais empregado como detector nos equipamentos tipo PET é o germanato de
bismuto (BGO). A Figura 2.5 representa um esquema de um anel de uma câmara
PET com a ocorrência da detecção em coincidência dos fótons pareados que foram
gerados em um mesmo evento de aniquilação.
24
Figura 2.5 Representação de detecção em coincidência dos fótons pareadosque foram gerados em um mesmo evento de aniquilação (SHARP,2005).
2.5.2.2 Resolução espacial
Os primeiros sistemas PET eram desenvolvidos com anéis com diâmetro de
60 cm apropriados para imagens de cabeça, enquanto que os sistemas atuais têm
diâmetro de 100 cm e servem não só para exames de cabeça como também para o
corpo.
As vantagens dos sistemas PET em relação aos de SPECT é que não
requerem colimador, os radionuclídeos utilizados possuem uma meia-vida
relativamente curta se comparados aos demais radionuclideos empregados em
medicina nuclear e as imagens produzidas possuem uma melhor resolução espacial.
A desvantagem é que os radionuclídeos utilizados em PET, que são gerados em
cíclotron, precisam ser produzidos no local onde está instalado o sistema PET, ou
pelo menos a poucos quilômetros, pois em outra situação o radionuclídeo precisa
sair da unidade de produção com uma atividade bem elevada para que chegue ao
serviço de medicina de outras cidades com atividade próxima à do valor solicitado.
A melhor resolução da imagem se deve, principalmente, à fusão das imagens
obtidas na câmara PET com as obtidas por tomografia computadorizada (CT), que
emprega radiação X. A câmara PET com CT acoplada é comumente chamada de
câmara PET/CT. Essa fusão permite a soma da imagem da função biológica com a
imagem anatômica adquirida por CT.
25
No Brasil, os testes de controle de qualidade PET ou PET-CT ainda não estão
descritos nas normas CNEN. No entanto, a ANVISA já possui algumas
recomendações para que sejam realizados testes de uniformidade, resolução
espacial nas direções transversal e axial do sistema de detecção, desempenho geral
com simulador específico, tamanho do pixel etc (ANVISA, 2008).
2.6 Cintilografia do Fígado
O fígado é o maior órgão do corpo humano, tendo, no ser humano adulto,
uma massa entre 1200 a 1500 g. Esse órgão se localiza no lado direito da cavidade
abdominal, no quadrante superior, protegido pelas costelas. O fígado tem a função
de purificar o sangue, degradando certas substâncias químicas e fabricando outras.
Geralmente, o tecido hepático apresenta-se macio; entretanto, no caso do
fígado com cirrose hepática, esse tecido apresenta-se na forma cicatricial firme, o
que significa um dano permanente ao órgão, pois o sangue não consegue
atravessá-lo. A cirrose hepática faz reduzir a massa hepática com o passar do
tempo, fazendo com que o órgão perca a capacidade de processar fármacos e de
produzir substâncias e proteínas (SHARP, 2005).
No estudo da morfologia do fígado em medicina nuclear verifica-se o tamanho
e a forma do órgão, observando-se a presença ou ausência de lesões intra-
hepáticas.
Na cintilografia hepática é administrado ao paciente um radiofármaco, o
enxofre coloidal- 99mTc, para localização do órgão em imagens SPECT. Esse estudo
é indicado no auxílio da investigação de lesões focais hepáticas, como a cirrose e a
hepatite aguda. No diagnóstico de cirrose aguda, os resultados das imagens
apresentam diminuição nos valores de captação do radiofármaco pelo fígado
(ROCHA, 1976; LESLIE e GREENBERG, 2003).
Para a detecção de tumores desse órgão, verifica-se a área de menor e de
maior captação. Segundo Thrall e Ziessman (2003), algumas câmaras de cintilação
de três detectores podem detectar hemangiomas no fígado (tumores benignos) com
diâmetros maiores que 1,4 cm e mostrar outros tipos de lesões pequenas, com
diâmetros a partir de 0,5 cm. Os hemangiomas são tumores benignos, constituídos
26
por vasos sanguíneos de nova formação e, geralmente, têm diâmetros menores que
3 cm.
A Figura 2.6(a) apresenta uma imagem do fígado realizada por SPECT para
análise da funcionalidade do órgão (BIERSACK e FREEMAN, 2007) e a Figura
2.6(b) apresenta uma imagem do fígado obtida por PET para avaliação do
metabolismo (VALK et al., 2006). Ressalta-se que ambas apresentam nódulos.
FONTE: BIERSACK e FREEMAN, (2007) FONTE: VALK et al, (2006).
Figura 2.6 Exemplos de imagens de fígado obtidas em sistema SPECT (a) eem sistema PET (b).
2.7 Espectrocospia Raman
Neste trabalho, empregou-se a espectroscopia Raman como técnica auxiliar
para avaliação da influência da radiação nos materiais empregados para a
confecção dos objetos simuladores.
O Efeito Raman é um tipo de espalhamento que ocorre simultaneamente ao
espalhamento Rayleigh, que se refere ao fenômeno de espalhamento inelástico da
luz por meio da matéria. As diferenças entre as frequências incidentes e espalhadas
são iguais aos modos vibracionais do material (SIBILIA, 1998).
A espectroscopia Raman é baseada na detecção da luz espalhada, sendo
uma técnica bastante usada no estudo de materiais odontológicos, inclusive,
servindo para a caracterização de resinas acrílicas, o que proporciona informação
química e estrutural desses materiais. A técnica possibilita a identificação dos
principais modos vibracionais do acrílico, permitindo assim sua identificação. Fortes
27
(2007) é um exemplo de um autor que realizou vários ensaios com resinas acrílicas
empregando espectroscopia Raman.
2.8 Visual Monte Carlo (VMC)
O método Monte Carlo (MC) é um método numérico que possibilita a
resolução de problemas físicos e matemáticos por meio de simulação de variáveis
aleatórias (SOBOL, 1994; BIELAJEW, 1998). O MC tem sido usado como um
método computacional rotineiro para problemas de transporte de partículas, tendo se
tornado uma das ferramentas mais importantes em diferentes áreas da física médica
(ANDREO, 1991).
Para fins de avaliação dosimétrica, o cálculo da dose pelo MC requer a
utilização de um modelo geométrico (fantoma) ou simulador do paciente ou do órgão
a ser estudado (ANDREO, 1991). Para o transporte de partículas existem diversos
códigos, já bem documentados, que utilizam o método Monte Carlo, tais como o
Visual Monte Carlo (VMC), MCNP (Monte Carlo N-Particle), EGS (Electron Gamma
Shower), GEANT (GEometry ANd Tracking), PENELOPE (PENetration and Energy
LOss of Positrons and Electrons), ALGAM (Monte Carlo Estimation of Internal Dose
from Gamma-Ray Sources in a Phantom Man), entre outros.
Em particular, o Visual Monte Carlo (VMC) foi desenvolvido pelo Instituto de
Radioproteção e Dosimetria-(IRD), e quando acoplado a um simulador de voxel
pode ser usado para diversas aplicações na área de radioproteção (HUNT et al.,
2000), na calibração de sistemas de medição in vivo e no cálculo de dose absorvida
devido à exposição por fontes externas.
2.8.1 Dose Absorvida no Medical Internal Radiation Dose (MIRD)
O Medical Internal Radiation Dose (MIRD) é um comitê que foi estabelecido
pela sociedade de Medicina Nuclear dos Estados Unidos em 1960, com o objetivo
de estimar a dose absorvida em órgãos e tecidos devido ao material radioativo
localizado dentro do corpo (WATSON, 1994).
28
Um órgão que contém atividade é chamado de órgão fonte e os órgãos que
são irradiados são chamados de órgãos alvos. Um órgão fonte pode ser um órgão
alvo se a energia for absorvida nele mesmo (LOEVINGER et al., 1991).
O formalismo do MIRD, baseado no método Monte Carlo, foi publicado em
diversos documentos no Journal of Nuclear Medicine, sendo o primeiro em 1968
(BERGER, 1968). Alguns desses documentos calcularam frações absorvidas
específicas para fontes de fótons distribuídas uniformemente em simuladores
(fantomas) matemáticos de órgãos, ou para distribuição de atividade não-uniforme
em simuladores de voxel (BOLCH et al., 1999).
A dose absorvida para um determinado órgão no sistema MIRD é o produto
da atividade acumulada pelo S”-value (LOEVINGER et al., 1991), como na
Equação 4.
” (4)
Onde D é a dose média absorvida. A unidade adotada pelo MIRD é o rad, enquanto
no SI a unidade de dose absorvida é o J.kg-1 ou Gy. Para calcular a atividade
acumulada (Ã) foi utilizada a Equação 5. O valor de f é a fração de atividade
acumulada, Ao é atividade administrada para o órgão em estudo e T1/2p é o tempo de
meia-vida física.
(5)
29
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Neste capítulo serão apresentados: a metodologia empregada na pesquisa
sobre a aceitabilidade do banco de objetos simuladores por parte dos responsáveis
pelos serviços de medicina nuclear no Brasil; os sistemas de aquisição de imagens;
os materiais empregados em cada objeto simulador e os testes de controle de
qualidade das câmaras de cintilação.
No texto, os objetos simuladores físicos, serão denominados como a seguir:
SENCOR - objeto simulador de sensibilidade e centro de rotação;
SIMUFÍGADO - objeto simulador de fígado, que tem estrutura baseada no
multcontrast/resolution liver phantom;
ANTROFÍGADO - objetos simuladores antropomórficos de fígado.
3.1 Avaliação da Aceitabilidade de um Futuro Banco de ObjetosSimuladores
O questionário para avaliação da aceitabilidade de implantação no Brasil de
um banco de objetos simuladores para medicina nuclear foi respondido por físicos
médicos e/ou supervisores de radioproteção que trabalham em clínicas médicas e
hospitais prestadores de serviços de diagnósticos e terapia em medicina nuclear. A
pesquisa foi desenvolvida no primeiro quadrimestre de 2009, a partir do ponto de
vista de que a organização de um banco de objetos simuladores possibilitaria, além
da melhoria no controle de qualidade de imagens em medicina nuclear, também a
troca de informações entre os profissionais envolvidos com a radioproteção desses
serviços. Além disso, a implantação do banco ajudaria a expandir a colaboração
entre esses serviços, tornando acessível um conjunto de informações sobre casos
clínicos e testes de controle de qualidade.
Inicialmente, o questionário foi aplicado na cidade de Aracaju, que está
localizada no Nordeste do Brasil. Após terem sido definidos o conteúdo e o formato
do questionário, a escala de avaliação e o planejametno da análise qualitativa e
quantitativa de suas questões, dois supervisores de radioproteção de medicina
nuclear de instituições foram entrevistados para avaliação e validação do
30
questionário. Em seguida, ele foi aplicado aos demais profissionais supervisores de
radioproteção de clínicas e hospitais que prestam serviços de medicina nuclear,
compreendendo as cinco regiões geográficas brasileiras. No Norte, foram avaliadas
respostas de profissionais do Pará, Amapá e Tocantins; no Nordeste, do Ceará, Rio
Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco, Alagoas, Sergipe, Piauí e Maranhão; no
Sul, do Paraná, Santa Catarina e Rio Grande de Sul; no Sudeste, de Minas Gerais,
Espírito Santo, São Paulo e Rio de Janeiro; e do Centro-Oeste, do Goiás e Brasília.
Aqui é importante ressaltar que os Estados que possuem o maior número de
serviços de medicina nuclear são Rio de Janeiro e São Paulo.
O questionário era composto por nove perguntas de fundo quantitativo e
qualitativo, conforme apresentado no Apêndice, que possibilitavam ao entrevistado
expressar a sua opinião sobre as vantagens e desvantagens de um futuro banco de
objetos simuladores e também sobre o seu interesse em adquirir tais objetos. As
entrevistas foram destinadas a 188 instituições de medicina nuclear, embora, no
período, constasse como registradas na Comissão Nacional de Energia Nuclear um
número de instituições de medicina nuclear maior que esse, em torno de 320
instituições cadastradas (CNEN, 2010).
A aplicação do questionário deu-se por meio de entrevistas com os
supervisores de radioproteção e físicos médicos dos serviços, que foram realizadas
por e-mail ou por telefone.
3.2 Sistemas de Aquisição de Imagem
Nos sistemas SPECT, os dois testes de controle de qualidade, o de
sensibilidade e de centro de rotação, foram realizados com o colimador de baixa
energia, acoplado à câmara de cintilação Millennium MG, fabricante GE (Figura
3(a)). Os demais testes foram realizados nas câmaras de cintilação APEX SP4 e
APEX SPX6, ambas da marca Elscint (Figuras 3.1(b) e 3.1(c)). A câmara de
cintilação Millenium MG possui dois detectores e as câmaras da marca Elscint têm
um detector cada. Estas câmaras de cintilação pertencem à Clínica de Medicina
Nuclear Endocrinologia e Diabete Ltda (CLIMEDI), situada em Aracaju/SE.
No sistema PET/CT, modelo Biograph 16 TruePoint, do fabricante SIEMENS,
foram realizados somente alguns testes de avaliação do objeto simulador
31
antropomórfico para efeito de validação do objeto (Figura 3.2). Este sistema de
aquisição de imagem pertence ao Hospital Instituto de Medicina Integral Prof.
Fernando Figueira (IMIP), situado em Recife/PE.
Figura 3.1 Detalhes das câmaras de cintilação, modelo Millennium MG(a),Elscint APEX SP4(b) e APEX SPX6(c).
Figura 3.2 Sistema de aquisição do tipo PET/CT, modelo Biograph 16TruePoint, SIEMENS (SIEMENS, 2011).
3.3 Materiais Utilizados na Confecção dos Objetos Simuladores
Para a confecção dos objetos simuladores para avaliação de sensibilidade e
de centro de rotação (SENCOR) e do fígado (SIMUFIGADO) foram adquiridas
placas de acrílico incolor transparente, com dimensões de 1 m por 2 m por 0,01 m
de espessura (Figura 3.3).
32
Na confecção dos objetos simuladores antropomórficos de fígados cirróticos
(ANTROFIGADO), utilizaram-se alginato e acrílico autopolimerizável rosa, ambos de
uso odontológico, para obtenção da forma do órgão (Figura 3.4). Para a preparação
do alginato, seguiram-se as instruções do fabricante, adicionando-se água na
proporção recomendada na embalagem do material, para que a textura do material
ficasse pastosa. Após a preparação da pasta, ela era imediatamente empregada
para a moldagem. Com este material foram confeccionados os moldes dos fígados
cirróticos.
Após a obtenção da forma dos fígados com o alginato, o acrílico
autopolimerizável rosa, marca JET Clássico, foi preparado, misturando-se o polímero
(pó) e o monômero (líquido) na proporção em volume recomendado pelo fabricante;
2,5 partes de polímero com 1,0 parte de monômero. O composto resultante dessa
mistura foi distribuído dentro da forma de alginato com a geometria do fígado.
Durante todo processo de preparação, a temperatura deste acrílico manteve-se
próxima de 25oC.
Para a preparação dos simuladores de hemangiomas foram utilizadas
bolinhas de isopor e sonda descartável siliconizada número 4 (cateteres). Para a
construção dos hemangiomas foi feito o entrelaçamento das bolinhas de isopor com
os cateteres; esse arranjo possibilitou a simulação de vascularização dentro das
bolinhas de isopor.
Como se espera que os objetos simuladores desenvolvidos possam ser
reutilizados muitas vezes considerou-se necessário avaliar as possíveis alterações
em suas composições devido às irradiações com radionuclídeos.
Foram realizadas análises de dureza, elasticidade e espectroscopia Raman
com amostras do acrílico incolor (tipo placa) e do acrílico autopolimerizavel rosa.
Foram preparados cinco corpos de prova com cada tipo de acrílico, com dimensões
3 cm×3 cm×1 cm (Figura 3.3) e 2,5 cm×5,0 cm×0,5 cm (Figura 3.4).
O processo de irradiação dos corpos de prova de acrílico foi realizado no
Departamento de Energia Nuclear da Universidade Federal de Pernambuco (DEN-
UFPE). O equipamento utilizado foi um GAMMACELL 220, do fabricante MDS
NORDION, modelo GC 220E No 65R (ASSY), com fonte de Co-60. Nas análises,
33
foram investigados corpos de prova não irradiados e após serem submetidos a
doses de radiação de 1, 10, 30 e 50 kGy.
Figura 3.3 Dimensões dos corpos de prova do acrílico incolor e aspectovisual.
Figura 3.4 Dimensões dos corpos de prova do acrílico autopolimerizavel rosa easpecto visual.
3.3.1 Testes com os Materiais Utilizados na Confecção dos Objetos
Simuladores
Dureza e Elasticidade
Após as irradiações dos corpos de prova, foram realizadas as análises de
dureza e de elasticidade. As análises foram realizadas em um equipamento da
SHIMADZU (DUH-2115) Dynamic ultra micro hardness tester, no modo Load-unload
com uma força de 100 mN e hold time de 4 s. O hold time é o tempo que o diamante
permanece parado quando atinge a força máxima aplicada. Esse microdurômetro
pertence ao Laboratório de Física da Universidade Federal de Sergipe.
34
Espectrocospia Raman
Nos experimentos de espectroscopia Raman foi utilizado o espectrômetro
Raman dispersivo modelo Senterra® fabricado pela Bruker Optik®, com o laser de
hélio-neônio de comprimento de onda de 633 nm (vermelho).
Para as análises, utilizou-se potência do laser de 10 mW, lente objetiva de
20x (ampliação), faixa espectral de 400-1.800 cm-1 com resolução 3-5 cm-1,
contemplando assim os principais modos vibracionais do acrílico.
Densidade
As densidades dos corpos de prova do acrílico incolor e acrílico
autopolimerizável rosa foram obtidas através de experimentos realizados por
princípio de Arquimedes.
3.4 Testes de Controle de Qualidade das Câmaras de Cintilação
Foram realizados os seguintes testes: uniformidade de campo, resolução
espacial tomográfica (visualização do menor nódulo), centro de rotação e
sensibilidade. Todos eles foram baseados na norma CNEN-NN-3.05 (1996), nas
recomendações da IAEA-TECDOC-602 (1991) e nas orientações de Sharp et al.
(2005) e Magalhães et al. (2004).
3.4.1 Teste de Uniformidade de Campo
Foram realizadas análises da uniformidade intrínseca nas câmaras de
cintilação APEX SP4 e APEX SPX6 e extrínseca na câmara de Millennium MG.
O teste de uniformidade de campo intrínseca avalia se a câmara reproduz
com fidelidade uma imagem da distribuição da radiação emitida por uma fonte
radioativa uniformemente distribuída. Além disso, descreve o grau de
homogeneidade da densidade de contagem em resposta ao feixe de radiação
uniforme da fonte. Esse teste deve ser realizado diariamente.
Para realizar o teste de uniformidade de campo o colimador foi retirado e uma
amostra de 99mTc foi colocada a uma distância do cristal equivalente a cinco vezes o
diâmetro deste. Em seguida, de acordo com o Atlas da IAEA (2003), foram
realizadas 4 milhões de contagens, utilizando-se uma amostra de 11,1 MBq de 99mTc
35
dentro de uma seringa. A uniformidade integral (UI) foi calculada por meio da
Equação 6, em quemaxC é o maior valor de contagem encontrado na imagem e
minC
o menor. A imagem foi adquirida em matriz de 64 x 64 (IAEA, 2003; ROVA et al.,
2007).
max min 00
max min
100C C
UIC C
(6)
Para o teste de uniformidade extrínseca utiliza-se um objeto simulador tipo
flood para a verificação da uniformidade de campo com intuito de avaliar o
desempenho do colimador através da imagem obtida. Conforme as recomendações
do Atlas da IAEA (2003), para esse teste utiliza-se o colimador de baixa energia e se
emprega uma amostra de 74 MBq de 99mTc dentro do objeto simulador. Para a
aquisição da imagem é utilizada uma matriz de 256 x 256 pixels. Neste trabalho, foi
utilizado o objeto simulador de fígado com as mesmas recomendações contidas na
IAEA-TECDOC-602(IAEA, 1991) quando se emprega o simulador flood, ou seja, o
simulador de fígado foi colocado sobre o colimador.
Um simulador tipo flood pode ser representado por um objeto simples, tipo
bandeja com paredes, em que é depositada uma fonte radioativa líquida.
Normalmente, estes objetos simuladores têm dimensões semelhantes às do
colimador ou de metade ou de um quarto da área do colimador.
3.4.2 Teste de Resolução Espacial Tomográfica
No teste de resolução espacial tomográfica empregou-se o objeto simulador
SIMUFIGADO produzido neste trabalho. Para esse teste uma amostra de 74 MBq de99mTc foi diluída em 1.300 mL de água e inserida dentro do simulador do
SIMUFIGADO. O valor da resolução espacial tomográfica foi obtido através da
determinação das dimensões das estruturas que simulam nódulos no objeto
simulador que puderam ser visualizadas nas imagens. Esse teste foi realizado com
base na metodologia apresentada por Magalhães et al. (2004), com o objeto
simulador centralizado sobre o colimador de baixa energia.
36
3.4.3 Teste do Centro de Rotação
O teste de centro de rotação é específico para câmara de cintilação do tipo
SPECT. O eixo de rotação da câmara (gantry) deve coincidir com o eixo de rotação
da reconstrução da imagem. Quando há alinhamento, a imagem da fonte pontual
reconstruída terá a forma de ponto. Caso contrário, se não houver alinhamento, a
imagem reconstruída da fonte terá forma de um círculo. As Figuras 3.5(a) e 3.5(b)
mostram as duas situações.
(a) (b)
Figura 3.5 Demonstração do alinhamento (a) e desalinhamento do centro derotação (b) (FERREIRA, 2008).
Na realização do teste do centro de rotação utiliza-se uma fonte pontual. Uma
forma de produzir uma fonte que seja considerada pontual é colocando-se uma
bolinha de algodão dentro do invólucro de uma agulha de injeção, o algodão é
umedecido com uma amostra de 99mTc e mantida dentro do invólucro juntamente
com a agulha para garantir que a amostra não se espalhe. Essa fonte é fixada sobre
a mesa de exame e colocada bem próxima do centro do colimador (distância de 5
cm fonte-detector) para a obtenção de imagens estáticas e o cabeçote é girado em
360º. A Figura 3.6 apresenta os materiais necessários para a preparação da fonte
pontual: algodão, o invólucro protetor (tampa) e a seringa.
37
Figura 3.6 Apresentação dos materiais empregados para preparação da fontepontual para o teste do centro de rotação (FERREIRA, 2008).
O aparato usado para a produção de fonte pontual foi substituido pelo objeto
simulador construído neste trabalho, o SENCOR, que será apresentado no próximo
capítulo.
3.4.4 Teste de Sensibilidade
Para realizar o teste de sensibilidade foi colocada uma amostra de 74 MBq de99mTc dentro do simulador SENCOR, que foi preenchido com 60 mL de água
destilada no compartimento central; a mistura foi homogeneizada por meio de
agitação manual. O objeto simulador foi posicionado e centralizado sobre o
colimador de baixa energia. Foram obtidas 10 milhões de contagens num intervalo
de tempo de 1 minuto, possibilitando a aquisição de um total de 10 imagens
estáticas na matriz de 256 × 256. Para se determinar a sensibilidade em contagem
por minuto por kBq foi utilizada a Equação 7.
(7)
Em que:
S é a sensibilidade (cpm/kBq)
C é a contagem (cpm)
A é a atividade (kBq)
38
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados obtidos no trabalho serão apresentados em quatro partes
principais, conforme a seguir:
Na primeira parte serão apresentados os resultados da pesquisa sobre a
aceitabilidade de um futuro banco de objetos simuladores desenvolvidos
no Brasil;
Na segunda parte serão apresentados os resultados referentes à
caracterização dos acrílicos empregados nos objetos simuladores
apresentados no capítulo 3;
Na terceira parte será descrita a construção dos objetos simuladores;
Na quarta parte serão apresentados os resultados das avaliações
realizadas utilizando os objetos simuladores.
4.1 Avaliação da Aceitabilidade de um Futuro Banco de ObjetosSimuladores para Uso em Medicina Nuclear
Das 188 instituições foram obtidas informações de 67. A análise dos dados
obtidos das 67 entrevistas mostrou a situação parcial dos serviços de medicina
nuclear no Brasil em relação aos objetos simuladores. Como esperado, alguns dos
supervisores de radioproteção entrevistados relataram em suas respostas que os
custos de importação dos objetos simuladores são elevados e que a burocracia para
importação causa desestímulo para o desenvolvimento de práticas mais complexas
de controle de qualidade nos serviços de medicina nuclear. Além disso, alguns dos
entrevistados expuseram também que alguns administradores dos serviços não
compreendem a necessidade da aquisição desses objetos. A Tabela 4.1 apresenta
as regiões do Brasil e a quantidade de entrevistados que fizeram parte da amostra.
39
Tabela 4.1 Regiões do Brasil que subsidiaram olevantamento dos dados.
Região Participantes
Nordeste 13
Norte 2
Sul 7
Sudeste 43
Centro-Oeste 2
Total 67
De acordo com os entrevistados, os simuladores mais relevantes para
otimização dos protocolos de controle de qualidade que devem compor o banco
seriam os de homogeneidade da imagem, que seriam utilizados para simulações
cardíacas, renais, pulmonares e hepáticas, desde que esses objetos possibilitassem
avaliar as imagens cintilográficas de órgãos com diferentes graus de anomalias.
Exemplos de objetos simuladores que podem ser empregados para essas
finalidades seriam os do tipo Jaszczak, Rollo e o Hoffman 3-D Brain Phantom.
A Figura 4.1 apresenta o grau de interesse dos profissionais em adquirir
simuladores para controle de qualidade e treinamento. Na região Nordeste, do total
de 13 entrevistados, 10 (77%) deles apresentaram interesse em adquirir objetos
simuladores para controle de qualidade em medicina nuclear; no Centro-Oeste, o
interesse na aquisição desses objetos foi demonstrado por um dos dois
entrevistados. No Sul, dos sete entrevistados, cinco (72%) pretendem adquirir mais
algum objeto simulador; no Sudeste, o interesse foi demonstrado por 36 (84%) dos
43; no Norte, observou-se um resultado de 100%, com dois entrevistados afirmando
interesse na aquisição dos objetos e no Centro-Oeste, o interesse foi de 50%, com
dois entrevistados.
40
Figura 4.1 Grau de interesse dos supervisores de radioproteção entrevistadosem relação à aquisição de objetos simuladores.
Os profissionais que relataram que não têm interesse em adquirir novos
objetos simuladores disseram que os simuladores dos serviços de medicina nuclear
em que trabalham atendem as suas necessidades em relação aos testes de controle
de qualidade exigidos pela norma da CNEN(1996). Esses profissionais relataram
possuir o objeto simulador de barras tipo quadrante.
A partir dos resultados obtidos nos questionários, foi também possível
verificar a aceitação da proposta de instalação de um futuro banco de objetos
simuladores no Brasil, como pode ser observado na Figura 4.2.
Figura 4.2 Índice de aceitação dos profissionais na criação de um banco deobjetos simuladores.
41
Apenas no Nordeste os profissionais não apresentaram unanimidade em
relação à implantação do banco de simuladores, pois somente 9 (70%) dos 13
entrevistados dessa região afirmaram concordar com a implantação. Nas demais
regiões, a aceitabilidade foi 100%.
Alguns profissionais relataram também que seria importante que fossem
produzidos objetos simuladores para medicina nuclear no Brasil. Em suas respostas,
tais profissionais demonstraram preocupação com os objetos que vêm sendo
utilizados na realização de testes de sensibilidade, pois devido à forma como esse
teste é normalmente realizado, os profissionais e equipamentos ficam sujeitos à
contaminação. Essa preocupação é justificável, porque uma das formas de
realização desse teste é por meio da deposição da amostra radioativa sobre uma
placa do tipo Petri (MAGALHÃES et al., 2004). Entretanto, como nem sempre a
amostra permanece vedada durante o teste, no manuseio da amostra ou no
momento da homogeneização do material radioativo, esse material radioativo pode
contaminar as mãos do profissional realizador do teste ou mesmo partes da câmara
de cintilação. Embora outros testes de controle de qualidade possam levar à
contaminação quando não são adotadas boas práticas de proteção radiológica, o de
sensibilidade é o que apresenta uma maior probabilidade para esse tipo de
intercorrência.
Os profissionais no Nordeste que não concordaram com a implantação do
banco de objetos simuladores responderam que problemas administrativos podem
ser uma das causas para um possível entrave ao pleno funcionamento do banco.
Mesmo prevendo essas dificuldades, esses profissionais aceitariam se tornar
usuários deste tipo banco. No geral, os entrevistados mencionaram que a
implantação seria uma boa alternativa para o aprimoramento do controle de
qualidade em medicina nuclear, pois poderia reduzir os seus custos financeiros e
possibilitaria o aprimoramento dos procedimentos necessários para a sua
realização, além de facilitar a troca de informações técnicas e organizacionais entre
profissionais dos serviços de medicina nuclear brasileiros. Afinal, a disponibilidade
de acesso a diferentes tipos de simuladores possibilitaria o compartilhamento de
metodologias e soluções de problemas com outros físicos médicos e supervisores,
permitindo a detecção precoce de defeitos evitáveis, como os que são normalmente
observados em testes de linearidade, uniformidade de campo e resolução espacial
42
nos sistemas de aquisição de imagem. Esses testes, entre outros, são exigidos pela
norma CNEN-NN-3.05 (CNEN, 1996). O teste de uniformidade de campo deve ser
realizado diariamente, o de linearidade e o de resolução espacial semanalmente.
A Figura 4.3 apresenta o grau de interesse dos supervisores em compartilhar
objetos simuladores por meio do banco. No compartilhamento, cada instituição
disponibilizaria os objetos para uso por outras instituições.
Figura 4.3 Nível de interesse dos profissionais de medicina nuclear emcompartilhar seus objetos com o banco de objetos simuladores noBrasil.
No geral, a maioria dos entrevistados mostrou interesse em compartilhar seus
objetos com o banco de objetos simuladores. No Nordeste, esse interesse foi
demostrado por 9 entrevistados (70%); no Centro-Oeste por 2 (100%) dos
entrevistados; no Sul por 6 (86%); no Sudeste por 39 (91%) e no Norte por 2 (100%)
dos entrevistados.
Nas respostas apresentadas nas entrevistas, foram observadas também
sugestões dos supervisores de radioproteção para a melhoria do controle de
qualidade e sobre a metodologia para a implantação de um banco de objetos
simuladores. Dentre as sugestões, a mais frequente foi a de que o banco seja
implantado inicialmente por região geográfica, tendo como justificativa que, dessa
forma, o acesso ao banco poderia ser otimizado, pois os custos de transporte dos
43
simuladores seriam reduzidos e o compartilhamento facilitado devido ao número
menor de usuários, em comparação com um banco nacional.
Considerando que todos os serviços de medicina nuclear brasileiros tenham
um exemplar de simulador de barras tipo quadrante, as instituições fariam
empréstimos apenas de outros objetos simuladores úteis para aprimoramento do
controle de qualidade e para pesquisa. Além disso, o banco forneceria informações
sobre em que tipos de testes e câmaras de cintilação poderiam ser utilizados os
objetos simuladores cadastrados
4.2 Caracterização dos Acrílicos
Os resultados das análises realizadas com os dois tipos de acrílicos
empregados na confecção dos objetos simuladores estão apresentados nas Tabelas
4.2 e 4.3. Foram analisadas amostras irradiadas e não irradiadas.
Para o acrílico autopolimerizante rosa empregado nos objetos simuladores
antropomórficos, a microdureza Vickres (HV) encontrada esteve entre 13,58 e 14,79
HV, o que é equivalente ao intervalo de 132,20 a 145,0 MPa, e a elasticidade entre
3,63 e 3,98 N/mm2.
Para o acrílico incolor adquirido em placas, utilizado na construção do objeto
simulador de sensibilidade e centro e no simulador de fígado, foi encontrado para a
microdureza Vickres valores entre 14,57 e 15,14 HV; ou seja, entre 142,9 e
148,5 MPa, e para a elasticidade entre 3,89 e 4,02 N/mm2.
As medições de microdureza dos acrílicos apresentaram resultados
relativamente satisfatórios se comparados aos valores obtidos por Gonçalves et al.,
(200) e por Tenji et al. (2004). Por exemplo, os primeiros autores encontraram os
valores de dureza knoop entre 14,5 e 18,1 (142,2 e 175,5 MPa) para o acrílico
incolor. Os seguintes encontraram a dureza knoop entre 14,64 e 17,56 (143,6 e
172,2 MPa) para o acrílico autopolimerizante rosa. As denominações Vickers ou
knoop indicam os mesmos valores de microdureza, embora obtidas por ensaios com
particularidades distintas.
Como a dureza e a elasticidade dos corpos de prova não sofreram alterações
significativas, pode-se afirmar que esses materiais apresentam-se resistentes às
44
doses de radiação às quais foram expostos (até 50 kGy de radiação gama de
cobalto-60), o que indica que os objetos simuladores construídos não sofrerão danos
significativos depois de repetidos usos, pois as doses emitidas pelo tecnécio para
exames do fígado em medicina nuclear, normalmente, são baixas se comparadas às
aplicadas nos corpos de prova analisados neste trabalho. Além disso, a energia da
radiação gama de 60Co é de 1,25 MeV, enquanto as energias dos radionuclídeos
utilizados em diagnóstico estão entre 140 keV e 511 keV, sendo a primeira a do
tecnécio-99m e a mais elevada a do flúor-18.
As incertezas obtidas para os valores de dureza e elasticidade foram
estimadas pelo próprio sistema operacional do equipamento.
Tabela 4.2. Dureza e elasticidade dos corpos de prova do acrílico autopolimerizanterosa.
ParâmetrosCorpos de Prova
1 2 3 4 5
Dose absorvida(kGy) - 1 kGy 10 kGy 30 kGy 50 kGy
Dureza (HV) 14,79±0,01 13,72±0,23 13,58±0,17 13,58±0,17 13,58±0,17
Elasticidade(N/mm2) 3,79±0,98 3,98±0,91 3,63±0,80 3,83±0,93 3,86±0,95
Tabela 4.3. Dureza e elasticidade dos corpos de prova do acrílico incolor.
ParâmetrosCorpos de Prova
1 2 3 4 5Dose absorvida
(kGy) - 1 kGy 10 kGy 30 kGy 50 kGy
Dureza (HV) 14,89±0,01 15,14±0,19 14,57±0,15 14,92±0,08 14,97±0,11
Elasticidade(N/mm2) 3,89±1,93 4,02±1,93 3,95±0,98 3,98±0,82 3,99±0,95
A dureza do corpo de prova do acrílico autopolimerizante rosa não irradiado
apresentou um valor igual a 14,79 HV. Os corpos de prova irradiados com Co-60
apresentaram, em média, 7,70 % de redução na dureza em relação ao corpo de
prova do acrílico rosa não irradiado. A elasticidade do corpo de prova do acrílico
rosa não irradiado mostrou-se 5,1% menor que a do corpo irradiado com 1 Gy e
45
4,2% maior que o corpo de prova exposto a 10 Gy, conforme mostra a Tabela 4.2.
Supomos que essa pequena diferença tenha sido causada por microbolhas de ar
que foram formadas no material no momento da polimerização do acrílico.
A dureza do corpo de prova do acrílico incolor não irradiado apresentou um
valor igual a 14,89 HV. Os corpos de prova irradiados com Co-60 apresentaram, em
média, 1,73% de redução na dureza em relação ao corpo de prova não irradiado. A
maior diferença encontrada entre os resultados de elasticidade do corpo de prova do
acrílico incolor não irradiado e os irradiados foi de 3,3 % com 1 Gy de dose,
conforme mostra a Tabela 4.3.
Outro fator importante observado nas análises com os corpos de prova,
comparando não irradiados e irradiados, é que a exposição à radiação ocasionou
um escurecimento gradativo nesses materiais. A observação visual deles mostrou
que o corpo de prova não irradiado (o mais à esquerda nas Figuras 4.4(a) e 4.4(b))
apresentou-se mais claro que os corpos de prova irradiados. Da mesma forma, o
corpo de prova irradiado com 1 Gy (corpo de prova no centro) mostrou-se mais claro
que o irradiado com 10 Gy.
Figura 4.4 Fotografia dos corpos de prova não irradiado e irradiados,autopolimerizável rosa (a) e incolor (b).
É importante salientar que a densidade dos corpos de prova do acrílico
autopolimerizante rosa, ao invés de ser 1,19 g/cm3, foi de 1,15 g/cm3 e a do acrílico
incolor foi de 1,19 g/cm3. Com isso, supomos aqui também que o menor valor foi
devido à presença das microbolhas de ar resultantes do processo de polimerização.
As análises dos espectros Raman mostram que, para as amostras dos corpos
de prova autopolimerizante rosa e incolores não irradiados e irradiados, os sete
46
primeiros picos não sofreram deslocamento. Nesse caso, deve-se considerar isso
como um bom resultado, já que é semelhante ao encontrado por Fortes (2007), que
observou os espectros Raman na faixa de deslocamento Raman de 600, 800, 980,
1440 e 1780 mm (Figura 4.7). Essa faixa foi semelhante à encontrada no presente
estudo. Vale ressaltar que o autor também utilizou o mesmo tipo de resina acrílica
autopolimerizante rosa. As Figuras 4.5 e 4.6 apresentam os espectros Raman
observados nos corpos de prova não irradiados e irradiados.
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
100
200
300
400
500
Inte
nsid
ade
(u.a
.)
Deslocamento Raman (cm-1)
0 kGy 1 kGy 10 kGy 30 kGy 50 kGy
Figura 4.5 Espectrocospia Raman dos corpos de prova de resina acrílicaautopolimerizante rosa, não irradiados e irradiados.
47
400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000
100
200
300
400
500
Inte
nsid
ade
(u. a
.)
Deslocamento Raman (cm-1)
0 kGy 1 kGy 10 kGy 30 kGy 50 kGy
Figura 4.6 Espectrocospia Raman de corpos de provas de resina acrílicaincolor, não irradiados e irradiados.
Figura 4.7 Espectrocospia Raman em resina acrílica não irradiada, após apolimerização (FORTES, 2007).
48
4.3 Construção dos Objetos Simuladores
Neste item, primeiramente, serão apresentados o desenvolvimento do objeto
simulador de sensibilidade e centro de rotação e posteriormente o desenvolvimento
de um objeto simulador de fígado e os objetos simuladores antropomórficos de
fígado. Estes objetos simuladores serão descritos em detalhes a seguir.
4.3.1 Objeto Simulador de Sensibilidade e Centro de Rotação(SENCOR)
No objeto SENCOR, mostrado na Figura 4.8, que serve para avaliação de
sensibilidade e centro de rotação em testes de controle de qualidade das câmaras
de cintilação, os dois cilindros menores representam as fontes pontuais, os quais
servem para a avaliação do eixo de rotação da câmara de cintilação. A caixa
cilíndrica do objeto simulador serve para depositar a amostra do material radioativo
que produzirá a radiação que incidirá no detector da câmara de cintilação,
possibilitando a obtenção de imagens estáticas para a determinação da
sensibilidade do equipamento, por meio das contagens das cintilações geradas no
cintilador.
Na Figura 4.8(a) o SENCOR está posicionado sobre o colimador de uma
câmara de cintilação e na Figura 4.8(b) ele está posicionado na frente de um monitor
LCD desligado. O SENCOR é constituído por três placas de acrílico, duas com
dimensões de 14×14×0,3 cm3 e outra placa com 14×14×2,4 cm3. Com a finalidade
de inserir líquido, água e/ou material radioativo no compartimento interno do objeto
simulador, foram fixados tubos tipo Eppendorf de 500 µL nas laterais da placa de
maior espessura, estes foram cortados nas suas extremidades fechadas para
possibilitar a entrada do material radioativo na caixa cilíndrica do simulador. Esses
tubos possuem tampas para a vedação externa do simulador após o seu
preenchimento com material radioativo. Para os compartimentos das fontes pontuais
foram empregados tubos tipo Eppendorf de 200 µL, não vazados, inseridos através
da superfície superior das placas, que podem ser removidos e substituídos a cada
teste. A espessura final do simulador é de 3,0 cm. As Figuras 4.8(a) e 4.8(b)
apresentam o objeto simulador de SENCOR.
49
Figura 4.8 Fotografias do objeto simulador de sensibilidade e centro de rotação(SENCOR) sobre o detector da câmara (a) e em frente de ummonitor LCD (b).
4.3.2 Objeto Simulador de Fígado (SIMUFÍGADO)
Foi projetado e construído um objeto simulador de fígado com estruturas
internas móveis para realização de testes de controle de qualidade e treinamento
dos profissionais de medicina nuclear. As características do objeto foram baseadas
em dois outros existentes no mercado, o multicontrast/resolution liver phantom que é
utilizado para realizar testes de resolução espacial e o Jaszczak phantom que tem
como uma das utilidades a realização de teste de resolução espacial tomográfica.
O SIMUFÍGADO desenvolvido aqui apresenta vantagens na remoção de
placas (tampas) em relação ao multicontrast/resolution liver phantom, pois suas
placas comportam cilindros de acrílicos, que simulam nódulos, que podem ter suas
quantidades, posições e tamanhos variados, inclusive podendo ser montado sem a
introdução de nódulos. Assim, as imagens obtidas desse simulador podem
apresentar nódulos quentes (maior intensidade da radiação), frios (menor
intensidade da radiação), e/ou nenhum nódulo. O objeto simulador serve para
avaliação de resolução espacial tomográfica e uniformidade de campo na câmara de
cintilação, assim como para simulações em processos de treinamento de
trabalhadores de medicina nuclear.
50
O SIMUFÍGADO é composto por três placas de acrílico com dimensões de
28×30×2 cm3 e outra placa de acrílico com 28×30×5 cm3 que é vazada. As
dimensões do volume vazado são 26×25×5 cm3. A vista da maior superfície tem
geometria aproximada à de um fígado humano adulto. Os cilindros de acrílico
possuem diâmetro de 9,5 a 25,4 mm e altura entre 8 e 26 mm, num total de 20
cilindros de acrílico que podem ser combinados aleatoriamente. Vale ressaltar que
cada placa possui 10 cilindros distribuídos aleatoriamente (Tabelas 4.4 e 4.5).
Tabela 4.4. Dimensões dos nódulos da placa inferior do SIMUFÍGADO
Nódulos Diâmetro (mm) Altura (mm)1 25,4 142 12,7 143 15,9 244 12,7 245 25,4 206 15,9 207 15,9 148 9,5 209 15,9 14
10 12,7 8
Tabela 4.5. Dimensões dos nódulos da placa superior do SIMUFÍGADO
Nódulos Diâmetro (mm) Altura (mm)1 12,7 202 25,4 83 9,5 264 25,4 265 19,1 266 9,5 267 19,1 88 19,1 209 19,1 14
10 9,5 8
Cada placa externa possui um furo que permite a inserção de água e de
material radioativo. Após a montagem do simulador, com a configuração desejada
de nódulos e o enchimento com material radioativo, os furos são vedados. A
51
espessura final do SIMUFÍGADO é de 9,0 cm. As Figuras 4.9 (a e b) apresentam
esse objeto simulador físico com nódulos frios. A seta vermelha indica um deles.
Figura 4.9 SIMUFÍGADO com placas superior sem nódulos e inferior comnódulos (a) e o SIMUFÍGADO com placas superior e inferior comnódulos (b).
O parâmetro de avaliação das imagens para o teste de resolução espacial
tomográfica é definido a partir da visualização dos menores nódulos do simulador,
que podem ser quantificados através da imagem adquirida na câmara.
Para o treinamento de profissionais é sugerido se avaliar as imagens obtidas
à distância (fonte-detector) de 5, 10, 15 e 20 cm entre objeto simulador de fígado e
detector. Além disso, o profissional deve analisar imagens obtidas a partir de
matrizes com 32 x 32, 64 x 64, 128 x 128 e 256 x 256 pixels; janelas energéticas de
5, 10, 15 e 20%; fator de ampliação (zoom) de 1; 1,3; 1,5 e 2,0; tempo de aquisição
de 1, 2, 3 e 4 minutos; estatística de contagens de 100, 250, 500 e 1000
quilocontagens por segundo (kct) e a geometria da imagem obtida.
Em colaboração com os profissionais que trabalham com simulação de Monte
Carlo desenvolvemos um simulador de fígado computacional com as medições do
SIMUFÍGADO. Tal objeto computacional tem a função de nortear os estudos
relacionados com as doses no fígado utilizando o VMC para cálculo de dose dentro
do objeto simulador e nódulos contidos na placa inferior e superior.
52
4.3.2.1 Modelagem e Simulação do SIMUFÍGADO Usando o Visual
Monte Carlo
Com o intuito de obter S”-values e, consequentemente, a dose absorvida para
usos diversos do SIMUFÍGADO, foi construído um simulador computacional de
fígado e foram modelados alguns cenários de irradiação usando o Visual Monte
Carlo.
Cada nódulo que está dentro do objeto simulador computacional de fígado
possui diâmetro e altura específicos, que serão modelados usando voxels. Por
exemplo, um nódulo frio de 12,7 mm de diâmetro possui 4 voxels e um nódulo com
altura de 20 mm tem 6 voxels. A Figura 4.10 apresenta o objeto simulador
computacional de fígado.
A modelagem do primeiro cenário (placa inferior do objeto simulador),
baseada na geometria do SIMUFÍGADO, possui 10 nódulos com diâmetros que
variam de 9,5 a 25,4 mm e com altura variando de 8 a 24 mm (Figura 4.10 (a) e
Tabela 4.6). No segundo cenário (placa superior do objeto simulador), construiu-se
um cenário semelhante ao primeiro, com 10 nódulos de diâmetro que varia de 9,5 a
25,4 mm e com altura que varia de 8 a 26 mm (Figura 4.10 (b) e Tabela 4.7).
(a) (b)
Figura 4.10 Cenários da placa inferior (a) e superior (b) do objeto simuladorcomputacional de fígado.
53
Tabela 4.6. Número de nódulos, diâmetros, altura e voxels da placa superior doobjeto simulador computacional de fígado, respectivamente.
Nódulos Diâmetro(mm)
Nº de voxels Altura (mm) Nº de voxel’s
1 25,4 7 14 42 12,7 4 14 43 15,9 5 24 74 12,7 4 24 75 25,4 7 20 66 15,9 5 20 67 15,9 5 14 48 9,5 3 20 69 15,9 5 14 4
10 12,7 4 8 2
Tabela 4.7. Número de nódulos, diâmetros, altura e voxels da placa superior doobjeto simulador computacional de fígado, respectivamente.
Nódulos Diâmetro(mm)
Nº de voxels Altura (mm) Nº de voxel’s
1 12,7 4 20 62 25,4 7 8 23 9,5 3 26 74 25,4 7 26 75 19,1 5 26 76 9,5 3 14 47 19,1 5 8 28 19,1 5 20 69 19,1 5 14 410 9,5 3 8 2
Com o intuito de avaliar diferentes situações de lesões no fígado foram
desenvolvidos três cenários de irradiação:
Cenário do objeto simulador computacional de fígado sem nódulos;
Cenário do objeto simulador computacional de fígado com nódulos na placa
superior;
Cenário do objeto simulador computacional de fígado com nódulos mais
profundos na placa inferior.
Na simulação dos cenários foi considerado o uso do radionuclídeo tecnécio-
99m distribuído uniformemente no fígado quando se considera o fígado como órgão-
fonte e os nódulos como órgãos alvos; ou distribuído nos nódulos, quando os
54
mesmos são considerados como órgãos-fonte. Para o cálculo da dose absorvida foi
usada uma atividade acumulada de 2,31E+12 Bq.s.
Para cada cenário foram obtidas imagens tomográficas do objeto simulador
SIMUFÍGADO e em seguida, essas fatias foram transformadas em matrizes
numéricas que foram inseridas no código VMC (Figura 4.11).
Figura 4.11 Cenários de irradiação da placa inferior e superior do objetosimulador computacional de fígado.
A dose absorvida (D) pelo fígado obtida por meio da simulação com o VMC,
considerando o fígado como fonte, sem nódulos, foi de 3,16 mGy. A dose obtida na
placa superior do objeto simulador computacional de fígado foi de 3,19 mGy,
enquanto que na placa inferior foi de 3,16 mGy.
O resultado do S”-value, considerando o fígado como fonte e possuindo
nódulos inferiores, foi semelhante ao fígado sem nódulos, ou seja, quando se
considera o órgão como fonte, pode-se dizer que os nódulos vascularizados não
contribuirão para a dose no fígado, visto que o volume do órgão é bem maior do que
o nódulo em si (Tabela 4.8).
Tabela 4.8. S”-value considerando o fígado como fonte
Fígado-fonte D (mGy) S (mGy/Bq.s)
Fígado sem nódulo 3,16 1,37E-12
Fígado com nódulo superior 3,19 1,38E-12
Fígado com nódulo inferior 3,16 1,37E-12
55
Os resultados do S”-value, considerando os nódulos como fonte,
apresentaram uma pequena variação. Como pode ser observado na Tabela 4.9, as
doses absorvidas pelos nódulos (inferior e superior) foram mais elevadas do que no
fígado (parte inferior e superior). Isso corrobora com o que acontece no órgão do
paciente em caso de hemangiomas, que são nódulos vascularizados e por isso
absorvem uma maior quantidade de material radioativo (MERGO e ANDROS, 1998).
Os hemangiomas caracteristicamente são mais captantes do que o fígado nas
imagens de cintilografia hepática (EL-DESOUKI et al., 1999).
Outro ponto observado como resultado das simulações com o VMC,
considerando como fonte os nódulos vascularizados, foi que os nódulos superiores
do objeto simulador computacional de fígado apresentaram um S”-value menor ao
encontrado para os nódulos inferiores (Tabela 4.9). Provavelmente, isso é devido à
profundidade dos nódulos inferiores, que estão localizados mais internamente no
corpo; assim, aumenta a dose no nódulo.
Tabela 4.9. S”-value considerando os nódulos como fonte.
Nódulo-fonte D (mGy) S (mGy/Bq.s)
Fígado (parte superior) 2,59 1,12E-12
Fígado (parte inferior) 2,69 1,17E-12
Nódulo superior 27,29 1,18E-11
Nódulo inferior 36,70 1,59E-11
4.3.3 Objeto Simulador Antropomórfico de Fígado (ANTROFÍGADO)
Para o desenvolvimento dos objetos simuladores ANTROFÍGADOS foram
utilizados como modelo fígados humanos adultos do acervo do Museu de Anatomia
Humana Prof. Osvaldo da Cruz Leite da Universidade Federal de Sergipe. Esses
órgãos estavam conservados em formol para demonstrações didáticas.
As Figuras 4.12(a) e 4.12(b) apresentam os fígados humanos cirróticos.
56
Figura 4.12 Apresentação do fígado humano com princípio de cirrose (a) e outrocom estado avançado de cirrose (b).
Foram construídos três objetos simuladores, o primeiro representando um
fígado com processo cirrótico inicial; o segundo um estado cirrótico intermediário e o
terceiro com grau elevado de desenvolvimento desta doença. No objeto
representando avançado estado cirrrótico foram incluídas três estruturas
simuladoras de hemangiomas (tumores benignos), duas delas com diâmetros de
10 mm e outra com 14 mm. As Figuras 4.13(a), (b) e (c) apresentam os três objetos
simuladores ANTROFÍGADO. Como se pode observar, o simulador que representa o
estado cirrótico avançado (4.13 c) tem forma bastante distinta do simulador que
representa um fígado normal (a), devido à alteração da massa e da consistência do
fígado real com o avanço da doença.
Figura 4.13 Apresentação de simulador de fígado humano (ANTROFÍGADOS)com princípio de cirrose (a) intermediário (b) e outro com estadoavançado de cirrose (c).
Para obter a forma de hemangiomas dentro do objeto simulador de maior
grau de cirrose foram inseridos seis cateteres do tipo venoso de 0,6 mm de diâmetro
57
interno e 150 mm de comprimento, entrelaçados com bolas de isopor, sendo dois
cateteres para cada simulação de hemangioma. As Figuras 4.14(a) e 4.14(b)
apresentam o objeto simulador ANTROFÍGADO com hemangiomas.
Figura 4.14 Simulador representando fígado com cirrose no estágio avançado dadoença (a) e com três hemangiomas (b).
Os simuladores foram preenchidos com 99mTc diluído em água para a
obtenção das imagens cintilográficas, com intituto de se obter informações sobre os
parâmetros mais adequados para o exame, como matriz, janela energética, zoom e
também sobre a estatística de contagem adequada para o estudo do órgão e
treinamento de profissionais.
Os objetos simuladores ANTROFÍGADO com estado inicial e intermediário de
cirrose hepática foram construídos com a finalidade principal de servir para a
aprendizagem de acadêmicos e para o aprimoramento de profissionais da medicina
nuclear relacionado a controle de qualidade de equipamentos e educação
continuada. Com este objeto, podem ser obtidas imagens que representam regiões
de menor ou maior captação do radionuclídeo, servindo para demonstração do nível
de cirrose hepática e outras tipos de lesões.
Os objetos simuladores desenvolvidos neste trabalho foram utilizados e
avaliados para controle de qualidade, radioproteção e treinamento profissional por
meio de testes realizados na Clínica de Medicina Nuclear Endocrinologia e Diabete
Ltda (CLIMEDI), em Aracaju, no Instituto de Medicina Nuclear de Fortaleza, no
Hospital Israelita Albert Einstein, em São Paulo, e no Hospital Instituto de Medicina
Integral Prof. Fernando Figueira (IMIP), em Recife/PE.
58
O objeto simulador de SENCOR e o objeto SIMUFÍGADO com nódulos frios
foram testados em câmara do tipo SPECT e para três objetos simuladores
ANTROFÍGADOS foram avaliados em SPECT e PET/CT. Vale lembrar que somente
o objeto simulador ANTROFÍGADO com estado avançado de cirrose foi avaliado em
PET/CT para corroborar o tamanho dos hemangiomas visualizados nas imagens em
SPECT.
4.4 Teste de Controle de Qualidade das Câmaras de CintilaçãoUtilizando os Objetos Simuladores
Nesta seção serão apresentados os resultados obtidos a partir dos testes de
controle de qualidade para avaliação de uniformidade de campo; resolução espacial
tomográfica; sensibilidade e centro de rotação. Estes procedimentos foram
realizados com os objetos simuladores em três modelos de câmaras de cintilação:
Millennium MG, Elscint APEX SP4 e APEX SPX6. No sistema PET/CT Biograph 16
TruePoint foram realizados apenas testes de avaliação do objeto simulador
ANTROFIGADO de cirrose avançada.
4.4.1 Teste de Uniformidade de Campo
No teste de uniformidade de campo intrínseca foi analisado o desempenho do
alinhamento do ganho de tensão das fotomultiplicadoras, a homogeneidade do
acoplamento óptico e a falha de uma ou mais fotomultiplicadoras. As imagens
obtidas foram inspecionadas para análise da existência de áreas com artefatos.
Neste teste também foi observado se o cristal de NaI apresentava algum tipo de
rachadura, bem como se havia uma maior concentração de atividade em alguma
região de sua superfície. Nas Figuras 4.15(a) e 4.15(b) são mostrados os resultados
do teste de uniformidade de campo das câmaras de cintilação APEX SP4 e APEX
SPX6, respectivamente.
59
Figura 4.15 Imagens obtidas no teste de uniformidade de campo das câmaras decintilação APEX SP4 (a) e APEX SPX6 (b).
A diferença na uniformidade das contagens das imagens na câmara de
cintilação foi obtida utilizando-se a Equação 6 do capítulo anterior deste trabalho. O
sistema APEX SP4 apresentou uma uniformidade integral (UI) de 3,3% e o APEX
SPX6 foi de 3,7%. Com isso, as câmaras apresentaram resultados satisfatórios, sem
regiões de maior ou menor intensidade na imagem e nenhum defeito focal que
resultasse em regiões com intensidades diferentes no centro do campo de visão
(imagem homogênea). Os resultados obtidos confirmam um desempenho aceitável
do sistema de aquisição e estão de acordo com o manual do fabricante Elscint e as
recomendações da IAEA (1991).
Utilizou-se também o objeto simulador SIMUFÍGADO para demonstração de
artefatos na imagem, da falta de homogeneidade do material inserido dentro do
objeto simulador, e para avaliação de superfície com maior e menor captação, ou
seja, representado uma imagem irregular, na qual o defeito apontado não é do
equipamento de aquisição de imagem, mas sim decorrente da falta de
homogeneização do material radioativo inserido no objeto simulador. As Figuras
4.16 (a, b e c) apresentam imagens obtidas nos testes de falta de uniformidade
utilizando-se o objeto SIMUFÍGADO com diferentes artefatos. As setas vermelhas
indicam artefatos na imagem.
60
Figura 4.16 Imagens obtidas no teste de falta de uniformidade de campoutilizando o objeto SIMUFÍGADO.
É importante lembrar que a falta de uniformidade na imagem pode ocorrer
devido a condições ambientais, como temperatura abaixo ou acima do limite
recomendado pelo fabricante da câmara de cintilação, assim como, à baixa
densidade de contagem e à falta de correção da uniformidade do sistema de
aquisição. As simulações obtidas foram satisfatórias para aprimoramento da prática
de ensino dos profissionais. Essas simulações de falta de uniformidade foram
baseadas no Atlas da IAEA (2003). A Figura 4.17 apresenta uma imagem de uma
amostra não homogenizada publicada, obtida em um teste de não uniformidade
apresentado no Atlas da IAEA (2003).
Figura 4.17 Imagem obtida no teste de falta de uniformidade de campo utilizandoum objeto simulador tipo flood (IAEA, 2003).
Um artefato de 100 mm de diâmetro por 48 mm de altura foi inserido dentro
do objeto SIMUFÍGADO para simular uma imagem obtida por uma câmara de
cintilação com uma fotomultiplicadora queimada. As áreas sem captação, indicadas
61
pelas setas nas Figuras 4.18 (a, b, c e d) representariam a fotomultiplicadora
queimada.
Figura 4.18 Imagens obtidas no teste de falta de uniformidade de campoutilizando o objeto SIMUFÍGADO (simulação de fotomultiplicadoraqueimada).
Os resultados obtidos neste teste foram satisfatórios para demonstrações de
fotomultiplicadoras danificadas com as áreas de pouca captação de radiação no
centro do objeto SIMUFÍGADO e nas laterais, demonstrando um padrão desigual na
imagem. Este teste para indicação de falhas no sistema de aquisição de imagens é
importante para demonstração na prática de treinamento de profissionais. Esses
tipos de falhas em câmaras de cintilação, com fotomultiplicadora queimada, são
também apresentados no Atlas da IAEA (2003), demonstrado na Figura 4.19.
Figura 4.19 Imagem de demonstração de fotomultiplicadora queimada (IAEA,2003).
62
4.4.2 Teste de Resolução Espacial Tomográfica
Os resultados dos testes de resolução espacial tomográfica foram obtidos por
meio da análise das imagens do objeto simulador SIMUFIGADO utilizando as
câmaras de cintilação do tipo APEX SP4 e APEX SPX6. A Figura 4.20 (a, b, c e d)
apresenta imagens planares e oblíquas obtidas com o objeto simulador
SIMFÍGADO. As áreas mais claras nas imagens do SIMUFÍGADO representam os
nódulos frios (nódulos não captantes de radionuclídeo). As setas indicam os
menores nódulos visualizados nas imagens.
A verificação da qualidade das imagens deu-se pela análise do tamanho,
altura e diâmetro dos artefatos que representam nódulos frios, realizada através
parâmetros relativos ao desempenho do equipamento, resolução espacial. Através
das imagens obtidas, foi possível avaliar que os equipamentos possibilitam a
obtenção de imagens com boa resolução espacial tomográfica, que permitem a
visualização dos nódulos de 12,7 mm×8,0 mm (diâmetro × altura) no APEX SP4 e
de 9,5 mm×8,0 mm (diâmetro × altura) nas imagens planares adquiridas no APEX
SPX6. Nas imagens oblíquas, a visualização dos artefatos foi semelhante.
Para a realização do teste de resolução tomográfica empregando o objeto
simulador SIMUFÍGADO utilizou-se os mesmos parâmetros de Magalhães et al.
(2004) e as recomendações da IAEA (2003) para aquisição das imagens
tomográficas.
As Figuras 4.20 (a, b, c e d) apresentam imagens planares e oblíquas obtidas
com o objeto simulador SIMUFÍGADO. As setas indicam os menores nódulos
visualizados nas imagens.
63
Figura 4.20 Imagens planares (a e b) e oblíquas (c e d) do objeto simuladorSIMUFÍGADO obtidas nos sistemas APEX SP4 e APEX SPX6.
Os resultados obtidos são considerados satisfatórios porque apresentam uma
resolução espacial tomográfica de acordo com os manuais dos fabricantes, que a
resolução espacial tomográfica é a partir de 10 mm para o APEX SP4 e de 8,7 mm
para o APEX SPX6 e no que diz respeito à possibilidade de uso desses objetos para
o aprimoramento de profissionais na identificação de nódulos.
4.4.3 Teste de Centro de Rotação
O aparato usado para a produção de fonte pontual foi substituido pelo objeto
simulador construído neste trabalho, o SENCOR. Esse objeto simulador apresenta a
vantagem de poder se realizar o teste de centro de rotação com mais segurança,
pois evita contaminação do colimador com material radioativo, queda de aparato,
melhor posicionamento da fonte pontual e ainda contribui para a redução de rejeitos
radioativos.
64
Esse teste tem como objetivo analisar a variação do posicionamento da fonte
pontual nas coordenadas x e y das câmaras de cintilação. Essa variação é medida
por meio da interseção do eixo de rotação com a perpendicular do centro do plano
do detector. Para a avaliação do centro de rotação os sistemas de imagem foram
equipados com colimador de baixa energia e foi empregado o objeto SENCOR. Os
resultados são considerados satisfatórios quando a imagem da interseção
apresenta-se no formato de ponto.
A variação na coordenada x para o modelo APEX SP4 foi de 2,36 mm e para
o APEX SPX6 foi de 2,09 mm. Para o eixo y das coordenadas, tem-se para o
modelo APEX SP4 uma variação de 3,25 mm e para o APEX SPX6 uma variação de
3,75 mm. Assim, embora as câmaras APEX SP4 e APEX SPX6 tenham apresentado
variações nos eixos x e y, as imagens das interseções apresentaram formatos
pontuais, estando as variações dentro dos limites aceitáveis de acordo com o
manual do fabricante, que limita tais variações a 4,00 mm.
A Figura 4.21 apresenta os resultados do teste de centro de rotação das
câmaras de cintilação dos modelos APEX SP4 e APEX SPX6.
Figura 4.21 Imagens obtidas como resultado do teste para avaliação do centrode rotação.
4.4.4 Teste de Sensibilidade
O teste de sensibilidade foi realizado com o colimador de baixa energia. Esse
teste tem o objetivo de determinar a quantidade de contagens máximas que uma
câmara de cintilação pode detectar num certo intervalo de tempo. Os modelos de
câmaras de cintilação utilizados foram APEX SP4, APEX SPX6 e Millennium MG,
65
munidas de seus colimadores de baixa energia. Para cada câmara de cintilação
foram realizadas dez aquisições de imagens estáticas e sucessivas, com duração de
1 minuto cada, empregando-se uma amostra de 99mTc com atividade inicial de 3
MBq .
Para cada sistema, com os resultados das dez aquisições foi calculado o
valor médio das contagens obtidas dessas medições, sendo então subtraídas as
contagens relativas à radiação de fundo. O resultado do teste de sensibilidade foi
calculado através da Equação 7, obtendo-se uma sensibilidade de 5,10 cpm/kBq no
detector 1 e 5,05 cpm/kBq no detector 2 para o sistema Millennium MG;
3,81 cpm/kBq para o sistema APEX SP4 e 2,34 cpm/kBq para o APEX SPX6. A
Figura 4.22 apresenta as imagens obtidas no testes de sensibilidade utilizando-se o
objeto simulador SENCOR na câmara de cintilação Millennium MG. As superfícies
circulares representam as imagens do simulador.
Figura 4.22 Imagens obtidas no teste de sensibilidade utilizando-se o objetosimulador SENCOR na câmara de cintilação Millennium MG de doisdetectores.
As imagens obtidas apresentam boa uniformidade, sem artefatos e nem área
com maior ou menor concentração de atividade.
O objeto simulador SENCOR possibilitou também uma maior segurança na
utilização da amostra radioativa durante a realização dos testes de sensibilidade e
centro de rotação, pois como esse objeto simulador é vedado, não oferece risco de
contaminação ao se homogeneizar a amostra radioativa.
66
Para a avaliação da sensibilidade de uma câmara de cintilação normalmente
utilizava-se uma placa do tipo Petri de 100 mm de diâmetro e altura de 1,5 a 2,0 cm.
Devido ao fato desse tipo de placa ser aberta, a homogeneização traz riscos de se
derramar a amostra radioativa. Com o objeto simulador SENCOR é possível realizar
o teste de sensibilidade na câmara de cintilação sem risco de contaminação de
colimadores, detectores e nem do profissional.
A avaliação do teste de sensibilidade apresentou resultados satisfatórios no
que se refere à avaliação da sensibilidade da câmara e à funcionalidade do objeto
simulador. O teste de sensibilidade foi baseado no livro Pratical Nuclear Medicine
(SHARP et al., 2005), nas recomendações da IAEA (2003).
Esse objeto simulador apresenta a vantagem de poder se realizar o teste de
centro de rotação com mais segurança, pois evita contaminação do colimador com
material radioativo, queda de aparato, melhor posicionamento da fonte pontual e
ainda contribui para a redução de rejeitos radioativos.
4.5 Teste de Validação do Objeto Simulador SIMUFIGADO paraTreinamento de Profissionais de Medicina Nuclear
Para essa validação foram adquiridas as imagens apresentadas na Figura
4.23 com o detector do sistema Millennium MG posicionado a 5 cm da superfície
anterior do objeto simulador. O objeto simulador continha 20 cilindros de acrílico
para simular a presença de nódulos.
A imagem obtida com matriz de 32×32 pixels, fator de ampliação 1,3 e janela
energética de 5% apresentou perda de resolução espacial em função do tamanho da
matriz. Essa perda de resolução impossibilita a identificação dos nódulos presentes
no objeto simulador SIMUFÍGADO, porque os nódulos são identificados como áreas
de pouca captação do radionuclídeo. Para as janelas energéticas de 15% e 20%, as
imagens apresentaram penumbras.
Quando se empregou matriz de 64×64 pixles e janela energética de 5%, foi
possível observar até três áreas hipocaptantes, que seriam os nódulos com
diâmetros de 25,4 mm e altura a partir de 14 mm. A visibilidade dos nódulos foi
sendo reduzida com o aumento da janela energética. Apenas uma visualização sutil
67
de dois nódulos foi observada para janelas energéticas de 15 e 20% com a mesma
matriz.
Para as imagens obtidas com matriz de128×128 pixels, com qualquer janela
energética, foi possível a visualização dos nódulos a partir de 12,7 mm de diâmetro
(menor ponto branco visualizado na imagem). Entretanto, observou-se
comprometimento da qualidade da imagem, impossível de visualizar nódulos,
conforme pode ser observado também na Figura 4.23.
As melhores imagens foram obtidas com a matriz de 256×256, considerando-
se que essa imagem apresentou nitidez nos detalhes das estruturas do objeto
simulador SIMUFÍGADO. A visualização dos nódulos hipocaptantes com boa nitidez
foi possível por meio do uso de janelas energéticas de 10 e 15%. Vale ressaltar que
quanto maior a largura da janela energética, menor será o tempo para a aquisição
da imagem.
Figura 4.23 Imagens do objeto simulador SIMUFÍGADO com nódulos obtidascom uma distância fonte-detector de 5 cm.
68
Nas Figuras 4.24, 4.25 e 4.26 foram utilizadas as mesmas matrizes, janelas
energéticas e fator de ampliação usados na imagem da Figura 4.23, apenas alterou-
se a distância fonte-detector para 10, 15 e 20 cm, respectivamente. As imagens
obtidas apresentam menor nitidez de detalhes, mesmo quando se empregou a
matriz de 256 × 256 pixels. Além disso, tais imagens apresentam perda na resolução
espacial devido ao aumento da distância entre o objeto simulador de fígado e o
detector.
Figura 4.24 Imagens do objeto simulador SIMUFÍGADO com nódulos, obtidascom distância fonte-detector de 10 cm.
69
Figura 4.25 Imagens do SIMUFÍGADO com nódulos, obtidas com distância fonte-detector de 15 cm.
Figura 4.26 Imagens do SIMUFÍGADO com nódulos, obtidas com distância fonte-detector de 20 cm.
70
A perda da capacidade de detecção de lesões quando o simulador
SIMUFÍGADO está a uma maior distância do detector aparece de forma significativa
nas imagens captadas com distância fonte-detector de 20 cm, devido à redução da
resolução espacial. Isso pode ser visualizado nas imagens obtidas com as matrizes
de 128×128 pixels e 256×256 pixels, devido aos efeitos de borramento de imagem.
Pode-se perceber isso pela comparação das imagens obtidas com distância fonte-
detector de 10 cm e 15 cm. As Figuras 4.24 e 4.25 apresentam as imagens obtidas
com matrizes 32×32, 64×64, 128×128 e 256×256 pixels, com janelas energéticas de
5, 10, 15 e 20% para as distâncias de 10 e 15 cm.
Como recurso metodológico para ensino dos profissionais de medicina
nuclear, o objeto simulador poderá auxiliar nas aulas práticas, pois possibilita
mostrar o que acontece quando se modifica uma matriz, uma janela energética e,
principalmente, a influência da variação da distância entre paciente e detector. As
avaliações relacionadas com a variação da distância fonte-detector foram baseadas
na metodologia apresentada por Castro Junior et al. (2004) e as recomendações do
Atlas da IAEA (2003).
Para avaliar a melhor densidade de contagem para a obtenção da imagem do
objeto simulador SIMUFÍGADO, foram obtidas imagens com as densidades de
contagem de 100, 250, 500 e 1000 kcts que estão apresentadas na Figura 4.27.
Segundo Castro Junior et al. (2004), a densidade de contagem ideal para a
obtenção de uma imagem com contraste apropriado depende do tamanho do objeto
a ser estudado, ou seja, um objeto de grande dimensão com alto contraste pode ser
visualizado com baixa densidade de contagem, enquanto que nas pequenas lesões
com baixo contraste tem-se dificuldade para se subtrair o ruído randômico inserido
pela baixa densidade de contagem.
71
Figura 4.27 Imagem do objeto simulador SIMUFÍGADO, obtidas com diferentesdensidades de contagens.
Na imagem com densidade de contagem igual a 100 kcts observa-se pouca
definição geométrica dos nódulos. Isso pode ser notado também nas imagens com
250 kcts. Nas imagens com 500 kcts observou-se uma melhoria da definição, que foi
ainda maior para a imagem obtida com 1.000 kcts, que apresenta melhor contraste e
definição dos nódulos. Vale destacar que quanto menor a densidade de contagem
maior será o ruído, o que leva à visualização de artefatos e à perda da resolução
espacial, especialmente para imagens tomográficas.
Ressalta-se ainda que foi possível a observação do menor nódulo, de 9,5 mm
de diâmetro a partir da imagem obtida com matriz 256×256 pixels e 1.000 kct.
Assim, recomenda-se para o treinamento de profissional a análise de imagens de
um mesmo objeto simulador, que tenham sido adquiridas com diferentes densidades
de contagem, por ser a densidade de contagem um fator importante na formação de
imagem. A escolha ideal dessa densidade evita que pacientes repitam exames
causados por erros do profissional.
72
Nas Figuras 4.28 (a, b, c e d) pode-se constatar que ao se aumentar o tempo
de aquisição de 1 até 4 minutos aumenta-se a quantidade de contagens. A imagem
adquirida com a matriz de 256×256 pixels com tempo de aquisição de 1 minuto não
apresenta nitidez nos detalhes das estruturas. Pelo teste de resolução espacial
tomográfica essa imagem é considerada com grau de ruído elevado, o que traz
perda de informações para um exame clínico. Assim, o ideal seria utilizar tempos
grandes de contagem; entretanto, vale advertir que intervalos prolongados de tempo
de aquisição podem causar desconforto ao paciente, embora possibilitem resultados
mais acurados. Assim como as anteriores, tais simulações apresentaram resultados
satisfatórios para o controle de qualidade e a aprimoramento de profissionais.
Figura 4.28 Imagens do objeto simulador SIMUFÍGADO, obtidas com diferentestempos de aquisição
Os resultados obtidos utilizando o objeto simulador de nódulos para fatores de
ampliação de 1; 1,3; 1,5 e 2,0 foram realizados com a mesma matriz de 256×256
pixels e são apresentados na Figura 4.29. Observou-se que as imagens com melhor
resolução foram obtidas com a ampliação de 1,3. No entanto, não se variou a matriz,
pois caso a matriz fosse reduzida a ampliação poderia ser de 1.5 ou 2.0.
73
Geralmente, para a cintilografia do fígado utiliza-se a ampliação 1,3, mas essa
escolha depende das dimensões anatômicas do paciente e posicionamento do
órgão no paciente. Assim, o fator de ampliação da imagem depende do órgão a ser
estudado. Quanto maior o órgão, menor é a necessidade de se fazer uso do fator da
ampliação, para que a imagem não seja cortada, como podemos visualizar na Figura
4.29(d) em que foi utilizada uma ampliação de 2.0.
Os resultando obtidos com diferentes fatores de ampliação mostram dados
satisfatórios para o objeto simulador estudado. Esse teste foi fundamentado também
na metodologia de Castro Junior et al. (2004) e de Sharp et al. (2005).
Figura 4.29 Imagens obtidas com o objeto simulador de fígado empregando-seampliações distintas.
4.6 Teste de Validação do Objeto Simulador Antropomórfico deFígado (ANTROFÍGADO) para Treinamento de Profissionais deMedicina Nuclear
74
Nos objetos simuladores ANTROFÍGADO se buscou incorporar possibilidades
para avaliação de imagens de fígado com cirrose hepática. Para esse estudo foram
obtidas imagens tomográficas em três fígados antropomórficos produzidos.
As imagens das Figuras 4.30 (a) e 4.30 (b) são do ANTROFÍGADO com
cirrose hepática aguda (imagem anterior e posterior do objeto). O órgão real que foi
utilizado para desenvolver o objeto simulador ANTROFÍGADO tinha um tamanho
pequeno, em comparação a um fígado de adulto saudável, apresentando perda de
massa hepática e textura enrijecida do tipo pétrea, devido ao grau da cirrose.
Figura 4.30 Imagens do objeto simulador ANTROFÍGADO com cirrose aguda,imagem anterior (a) e posterior (b).
As Figuras 4.31 (a) e 4.31 (b) representam um ANTROFÍGADO com início de
cirrose hepática (imagem anterior e posterior do objeto). O órgão real apresentava
início de cirrose hepática, com o tamanho normal de um fígado adulto, com pouca
perda de massa hepática.
Figura 4.31 Imagens do objeto simulador ANTROFÍGADO, imagem anterior (a) eposterior (b).
75
No presente estudo, pôde-se observar que as imagens dos simuladores são
semelhantes às reais de fígados com cirrose hepática em comparação aos
encontrados na literatura (THRALL e ZIESSMANN, 2003). Foram analisadas
imagens posteriores e anteriores do simulador representando um órgão com maior
grau cirrótico (Figura 4.32).
Figura 4.32 Imagem posterior (a) e anterior (b) do simulador cirrótico, indicaçãodos nódulos (c) (THRALL e ZIESSMAN, 2003).
Na simulação utilizando o ANTROFÍGADO com hemangiomas foram
observadas outras características: a baixa resolução para densidade de contagens
100 kcts e um realce nos hemangiomas para a densidade de contagem de 1000
kcts, características essas que melhoram a resolução espacial para maior densidade
de contagem e uma melhor visualização dos achados nas imagens obtidas nas
câmaras de cintilação. Assim, diferentes densidades de contagem podem resultar
em otimização no controle de qualidade de equipamentos de aquisição de imagens
e no treinamento de profissionais.
A distância entre a fonte-detector ou simulador-detector é um fator importante
para aquisição de imagens, pois quanto menor a distância entre o paciente-detector
melhor serão os resultados visualizados nos estudos para órgão e achados.
Nas Figuras 4.33 e 4.34 foram analisadas também as imagens para diferentes
matrizes de 64×64, 128×128, 256×256 e 512×512 pixels. Observou-se que nas
imagens da Figura 4.33, obtidas nas matrizes de 64×64 e 128×128 pixels, não foi
possível visualizar os hemangiomas, somente a partir da matriz 256×256 pixels. Já
na Figura 4.34 foram obtidas imagens dos simuladores no estado de cirrose
76
hepática inicial e intermediário; entretanto, observou-se que a matriz de 256 × 256 é
mais apropriada para este tipo de exame.
Figura 4.33 Imagens obtidas com diferentes estatísticas de contagens e matrizescom distância de 5 cm simulador-detector.
Figura 4.34 Imagens obtidas com diferentes matrizes utilizando os simuladoresantropomórficos com estado inicial (a) e intermediário (b) de cirrosehepática.
Os resultados obtidos nas imagens com os três tipos de simulador
ANTROFÍGADO indicam a semelhança com as imagens reais de um paciente
encontradas na literatura (Figura 4.35 a). Tal semelhança se comprova por meio da
geometria do órgão de estudo em diferentes estados de cirrose e com tumores
77
malignos e nódulos cirróticos, o que permite observar o estado fisiológico e a
funcionalidade dos tecidos do fígado de certo indivíduo. Assim, através das imagens
adquiridas com os objetos simuladores é possível compreender e analisar o
tamanho do órgão e o grau de cirrose, do estado inicial ao avançado, possibilitando,
assim, uma ferramenta adicional no controle de qualidade e no aperfeiçoamento de
profissionais do diagnóstico em medicina nuclear. As Figuras 4.35 b, 4.35 c e 4.35 d
apresentam imagens obtidas no sistema SPECT utilizando os exemplares dos
objetos simuladores antropomórficos ANTROFÍGADO.
(a)
Estadoinicial decirrose
hepática
(b)
Estadointermediário
de cirrosehepática
(c)
Estadoavançado de
cirrosehepática
(d)
Figura 4.35 Imagens do fígado com hemangiomas (MASSARDO, 2005) eimagens obtidas no sistema SPECT utilizando os objetossimuladores antropomórficos (b, c e d).
As imagens adquiridas no sistema PET/CT possibilitam a visualização dos
hemangiomas de menor e maior tamanho (10 mm e 14 mm de diâmetro). Tais
imagens mostram nitidamente os hemangiomas em diversas posições dentro do
objeto simulador antropomórfico de fígado (Figura 4.36). Além disso, os simuladores
de nódulos frios, não captantes, podem ser visualizados nas imagens tomográficas.
Entretanto, os hemangiomas apresentaram-se menos captantes do que em relação
ao próprio fígado (simulador). Segundo Thrall e Ziessman (2003), a intensidade de
captação mostra que os tumores malignos e nódulos cirróticos no fígado têm
concentração de atividade menor do que no órgão.
78
(a) (b)
Figura 4.36 Imagens obtidas no sistema PET/CT utilizando o simuladorANTROFÍGADO com um (a) e dois (b) hemangiomas.
As simulações com esse tipo de objeto simulador poderão contribuir para a
educação continuada dos profissionais de medicina nuclear, quanto à questão de
interpretação de parâmetros de imagem tais como a matriz, a janela energética, o
fator de ampliação, densidade de contagens nos hemangiomas e a geometria do
órgão. A simulação de hemangioma poderá também servir para avaliar as técnicas
de imagens planares e tomográficas (Figura 4.37).
Figura 4.37 Imagens do ANTROFÍGADO com estado avançado de cirrosehepática obtidas no sistema PET/CT.
79
5 CONCLUSÕES
Por meio desse trabalho comprovou-se que há um interesse significativo por
parte dos supervisores de proteção radiológica de serviços de medicina nuclear
brasileiros em adquirir objetos simuladores úteis para o aprimoramento do controle
de qualidade e pesquisa e para o compartilhamento desses objetos em um futuro
banco de objetos simuladores.
Deve-se considerar que para a implantação é necessário o levantamento dos
tipos, modelos e quantidades de objetos simuladores que poderão ser
disponibilizados pelas instituições. A partir desse levantamento, será necessária a
criação de um sistema de identificação dos serviços, dos usuários possíveis e dos
procedimentos de disponibilização e empréstimo ou intercâmbio dos objetos, com
estabelecimento de regras para uso, de agendamento de utilização e de transporte
dos simuladores. Além disso, antes mesmo desse levantamento, será necessário
definir que instituição ficará responsável pelo gerenciamento do banco.
Possivelmente, a Agência Nacional de Vigilância Sanitária poderá ajudar na
indicação dos gestores do banco de simuladores.
Quanto à caracterização dos acrílicos empregados na construção dos objetos
simuladores desenvolvidos neste trabalho, observou-se que a dureza das amostras
do acrílico autopolimerizante rosa e incolor foi reduzida em quase 10% quando
essas foram irradiadas com doses de até 50 kGy de radiação gama de cobalto 60.
Nas análises das medições de elasticidade do acrílico autopolimeralizante também
não foram observadas alterações significativas. Para o acrílico incolor, as análises
não evidenciaram variações relevantes dessas grandezas devido à irradiação. Os
espectros Raman também não apresentaram variações importantes nos materiais
desses dois tipos de amostras. Quanto à coloração, as amostras de acrílico
mostraram-se mais escuras quando irradiadas. Assim, pode-se dizer que esses
materiais podem ser usados para a conformação de objetos simuladores, pois após
vários usos em treinamento e sessões de testes, sendo expostos à radiação, é
esperado que sofram apenas mudança de coloração e ficam quebradiços.
Uma sugestão que deriva das análises das amostras de acrílico é que,
futuramente, pode-se estudar essa resina acrílica autopolimeralizante para aplicação
80
em dosimetria para altas taxas de doses, tais como as doses empregadas em
irradiação de materiais hospitalares e alimentos. Esse material é encontrado em
lojas de materiais odontológicos por um preço razoavelmente baixo em relação ao
acrílico incolor industrializado.
Quanto aos objetos simuladores construídos, serão apresentadas as
principais conclusões dos estudos realizados. Vale ressaltar que esses simuladores
foram desenvolvidos com matéria prima de boa qualidade e baixo custo financeiro e
podem ser reproduzidos facilmente.
A avaliação do objeto simulador SENCOR se deu por meio da realização de
dois tipos de testes de controle de qualidade em câmaras de cintilação, o de
sensibilidade e o de centro de rotação. Os resultados desses testes se mostraram
satisfatórios, podendo ser utilizados como parâmetros em avaliações futuras em
outros equipamentos de mesmo fabricante. O objeto simulador desenvolvido permite
aos profissionais dos serviços de medicina nuclear a realização de tais testes em
tempo curto e com menos riscos de contaminação com o material radioativo
empregado para o teste.
Das imagens obtidas com o objeto simulador SIMUFÍGADO desenvolvido
para controle de qualidade e treinamento de profissionais, observaram-se bons
resultados para as diferentes matrizes, janelas energéticas, ampliações, estatísticas
de contagem, tempo de aquisição e distância entre simulador e detector. As imagens
comprovaram também que quanto mais próximo do paciente estiver o detector da
câmara de cintilação, melhor será a qualidade imagem adquirida. Observou-se
também que esse objeto simulador tem utilidade para avaliação de resolução
espacial tomográfica. Assim, esse objeto deverá servir para o aprimoramento na
qualidade da imagem e o treinamento de profissionais. Deve-se destacar que esse
objeto simulador SIMUFÍGADO ainda poderá ser utilizado para testes de
uniformidade extrínseca, porque se pode alterar a configuração das placas que
contém simulação de nódulos quentes ou frios (cilindros de acrílico com ou sem
amostra radioativa).
Os resultados de S”-value, obtidos com o simulador computacional de fígado
mostraram-se satisfatórios, porque foi possível observar a diferença de dose
absorvida existente quando se considera o fígado como fonte ou os nódulos como
81
fonte. Outro aspecto observado foi a diferença nos valores de dose absorvida entre
os nódulos superiores e nódulos inferiores, uma vez que a absorção de energia
provenientes dos fótons do tecnécio-99m é maior para os nódulos localizados na
parte inferior. Os resultados comprovam que os objetos simuladores computacionais
são ferramentas importantes para auxiliar no treinamento de profissionais e na
validação de resultados experimentais obtidos a partir de imagens realizadas para o
objeto simulador físico de fígado (SIMUFÍGADO).
Os objetos simuladores ANTROFÍGADOS apresentaram também resultados
satisfatórios quando empregados em controle de qualidade e treinamento de
profissionais. Esses objetos simulam estruturas do fígado com cirrose hepática
através da geometria da imagem, nódulos cirróticos e hemangiomas. Assim, podem
servir para o estudo de imagens com finalidade de treinamento para análise
diagnóstica de localização e tamanho da região da morfologia e das anomalias do
fígado em sistema de aquisição de imagens SPECT e PET/CT. Esses objetos
desenvolvidos representam adequadamente estruturas do fígado com cirrose
hepática e servem para pesquisa sobre imagens de hemangioma e análise da
localização e dimensões da região de interesse
As simulações podem contribuir para educação continuada dos profissionais
de medicina nuclear relacionados. Por meio de análises das imagens é possível o
estudo de parâmetros como tamanho de matriz, janela energética, estatística de
contagem e geometria de órgão. Portanto, as simulações de hemangiomas poderão
servir também para avaliar o perfil de imagens planares e tomográficas, como
resolução espacial tomográfica e áreas com artefatos.
Mesmo que processos industriais para produção dos objetos simuladores aqui
propostos representem um acréscimo significativo no custo final desses objetos,
pode-se afirmar que é possível reproduzir muitos exemplares desses objetos
seguindo a mesma metodologia apresentada aqui.
81
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APÊNDICE
Pesquisa de Objetos Simuladores (Phantom) Utilizados em Serviço de Medicina Nuclear noBrasil
Orientadora da pesquisa: Profª Divanízia do Nascimento SouzaOrientanda da pesquisa: Fernanda Carla Lima FerreiraDepartamento de Física da Universidade Federal de Sergipe – UFS
1-Apresentação Data: __/__/____1.1 Entrevistado:Serviço de Medicina Nuclear: __________________________________________________Supervisor ou Responsável pela Radioproteção: ___________________________________
2-LocalCidade: _________________________Estado: _________________________
3-O serviço de medicina nuclear possui objeto simulador (phantom) para teste de controlede qualidade?1 Sim ( )2 Não( )
4–Quantos objetos simuladores o serviço de medicina nuclear possui?1 ( ) Um2 ( ) Dois3 ( ) Três4 ( ) Quatro5 ( ) NenhumQuais:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5-Quais os tipos de objetos simuladores que o serviço de MN utiliza para testes de controlede qualidade?
Quais:1 ( ) Sopha´s linearity2 ( ) Barras em quadrantes3 ( ) Flood4 ( ) Coração/ Tórax5 ( ) Carlson6 ( ) Cardiaco Insert7 ( ) Jaszczak8 ( ) Barras e discos9 ( ) Cardiaco Function10 ( ) Fígado11 ( ) Hoffman (1 slice)
90
6-Quais os tipos de equipamentos de aquisição de imagem que o serviço de medicinanuclear possui?
1 ( ) Sistema Planar2 ( ) Sistema SPECT3 ( ) Sistema SPECT/CT4 ( ) Sistema PET/CT5 ( ) Sistema PET6 ( ) Nenhuma das alternativas anteriores, utilizamos a do tipo:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
7- O serviço de medicina nuclear teria interesse em adquirir algum objeto simulador paracontrole de qualidade?
1 ( ) Sim2 ( ) NãoPor quê? _________________________________________________________________
8 - Acha que um “banco de objeto simulador” será uma boa alternativa para os serviços demedicina nuclear?
1 ( ) sim2 ( ) não
Por quê?___________________________________________________________________________________________________________________________________________
9 - Há interesse em compartilhar com um futuro “banco de objeto simulador” que possa vir aser criado?
1 ( ) sim, porque:__________________________________________________________2 ( ) não, porque:__________________________________________________________3 ( ) pretendo participar:_____________________________________________________
Observação: Esta pesquisa será apenas para dados estatísticos, não serão identificadas asempresas ou responsáveis.
Sugestões:___________________________________________________________________________________________________________________________________________
91
LISTA DE PUBLICAÇÕES
Trabalhos publicados.
1) FERREIRA, F. C. L.; SOUZA, D. N. SIMULADOR DE SENSIBILIDADE E CENTRO
DE ROTAÇÃO. (Patente depositada no INPI - Instituto Nacional da Propriedade
Industrial, 2009).
2) FERREIRA, F. C. L.; SOUZA, D. N. Aceitabilidade de um futuro banco de objetos
simuladores para controle de qualidade em medicina nuclear. RB. Radiologia
Brasileira (Impresso), v. 44, p. 104-108, 2011.
3) FERREIRA, F. C. L.; SOUZA, D. N. Liver phantom for quality control and training in
nuclear medicine. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research. Section A,
Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment (Print), v. 652, p.
791-793, 2011.
4) FERREIRA, F. C. L.; SOUZA, D N; RODRIGUES, T. M. A.; CUNHA, C. J.; DULLIUS,
M. A.; ANDRADE, J. E.; SOUSA, A. H.; VIEIRA, J. P. C.; CARVALHO JUNIOR, A. B.;
CAMPOS, L. Characterization and Development of Anthropomorphic Phantoms Liver
for Use in Nuclear Medicine. World Academy of Science, Engineering and
Technology, v. 80, p. 373-376, 2011.